DE60303936T2

DE60303936T2 - Verfahren und vorrichtung zum regeln der herstellung von mineralwolle mittels eines kaskadenrotors

Info

Publication number: DE60303936T2
Application number: DE60303936T
Authority: DE
Inventors: Svend Grove-Rasmussen
Original assignee: Rockwool International AS
Current assignee: Rockwool AS
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2023-06-24
Also published as: WO2004000742A3; AU2003279409A1; PL375151A1; WO2004000742A2; EP1515921B1; DE60303936D1; EP1515921A2; ATE319663T1; AU2003279409A8; SI1515921T1; PL203763B1

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Mineralwolle durch Schleuderzerfaserung einer mineralischen Schmelze unter Verwendung einer Kaskadenschleudervorrichtung und Sammeln der Fasern als Wolle.
Wie üblich, umfasst die Kaskadenschleudervorrichtung eine Abfolge von einem oberen (oder ersten) Rotor und einem folgenden (oder zweiten) Rotor und gegebenenfalls anderen folgenden Rotoren (wie dritten und vierten Rotoren). Jeder Rotor rotiert um eine verschiedene, im wesentlichen horizontale Achse mit einer gegensätzlichen Drehrichtung zu der Drehrichtung des oder jeden benachbarten Rotors in der Abfolge. Die verschiedenen horizontalen Achsen sind so angeordnet, dass Schmelze, die auf den oberen Rotor gegossen wird, der Reihe nach auf die Randoberfläche des oder jedes folgenden Rotors geworfen wird und Fasern von dem oder jedem folgenden Rotor und gegebenenfalls auch dem oberen Rotor abgeschleudert werden.
Die Fasern werden durch Mitführen der Fasern in einem Luftstrom gesammelt, der sie von der Schleudervorrichtung trägt und sie als Wollbahn auf einer durchlässigen Fördereinrichtung abscheidet, durch die der Luftstrom angesaugt wird. Bei der Wolle kann es sich um ungebundene Büschel handeln oder sie ist gewöhnlicher eine Vliesstoffbahn, die Bindemittel enthält, und die Bahn wird dann, häufig nach kreuzweiser Schichtung unter Bildung einer Platte, einer Konsolidierung und Härtung zur Härtung des Bindemittels und zur Bildung eines gebundenen Mineralwollprodukts unterworfen.
Die Zerfaserung der Schmelze auf der Kaskadenschleudervorrichtung produziert immer 3 Hauptarten von Material, nämlich Fasern, Shots und Abfall. Die Fasern sind die Fasern mit den Eigenschaften, die zur Bildung der Mineralwolle gewünscht sind. Der Shot besteht aus sehr groben Elementen, die mit den Fasern mitgeführt werden und durch die Fasern in die Wolle getragen werden. Der Shot erhöht in der Regel die Masse der Wolle (und verwertet Schmelze), ohne signifikant zu den gewünschten Eigenschaften der Wolle beizutragen. Der Abfall ist faserartiges oder nicht faserartiges Material, das nicht von dem Luftstrom mitgeführt wird und stattdessen von der Schleudervorrichtung nach unten fällt und in einer Grube gesammelt wird, aus der es entnommen und zum Ofen zum erneuten Schmelzen zurückgeführt wird. Wenn die Luft nicht in angemessener Weise mitführt, kann Wolle guter Qualität in die Grube fallen und zu Abfall werden.
Faktoren, die das Produkt beeinflussen, das in einem beliebigen bestimmten Verfahren erhalten wird, beinhalten die Größe jedes Rotors, die Geschwindigkeit jedes Rotors (und damit das Beschleunigungsfeld an jedem Rotor), die relativen Positionen der Rotoren, die Aufprallposition der Schmelze auf den oberen Rotor (einschließlich der gesamten Aufprallzone und der Rand- und Axialposition der Zone), das Schmelzviskositätsverhalten (z.B. die Viskosität der Schmelze, wenn sie den oberen Rotor trifft, und die Änderung der Viskosität der Schmelze, wenn sie sich durch den Prozess bewegt) und die Schmelzrate (d.h. das Volumen der Schmelze pro Zeiteinheit), die auf den oberen Rotor gegossen wird.
Dementsprechend ist es durch Auswählen von zweckmäßigen Zerfaserungsbedingungen unter diesen Variablen möglich, dass Produkt des Verfahrens zu beeinflussen. So ist es z.B. wohlbekannt, dass die Faserdimensionen (einschließlich des Durchschnitts und auch der Schwankungsbreite von Durchmesser und Länge) und die Menge an Shots beide durch zweckmäßige Wahl der Positionen, Größe und Geschwindigkeit von jedem der Rotoren und durch große Änderungen in dem Schmelzviskositätsverhalten, der Schmelzrate und der Aufprallposition und der Größe der Aufprallzone am oberen Rotor beeinflusst werden.
Kleine Änderungen in der Position und/oder Größe und/oder Gestalt der Aufprallzone und/oder in dem Schmelzviskositätsverhalten und/oder in der Schmelzrate bewirken vielleicht keine signifikanten Änderungen in den Faserdimensionen, aber sie beeinflussen das Zerfaserungsmuster stark, d.h. die relativen Anteile von Fasern, Shots und Abfall und die Verteilung der Faserproduktion um den Rand der Kaskadenschleudervorrichtung herum.
Natürlich ist es wünschenswert, dass die Zerfaserungsbedingungen so gewählt werden sollten, dass Fasern, die gesammelt werden, maximiert werden und Shot und Abfall minimiert werden. Es ist auch wünschenswert, dass die Rate der Faserbildung an jedem Punkt um die Kaskadenschleudervorrichtung während eines Prozesslaufs so konstant wie möglich bleibt, damit die Gesamtvorrichtung für ein optimales Verhalten gestaltet und betrieben werden kann. Luft wird z.B. gewöhnlich verwendet, um sowohl die Zerfaserung zu unterstützen als auch die Fasern mitzuführen, und Bindemittel wird gewöhnlich aufgebracht. Es ist notwendig, im voraus die Menge an Luftzufuhr und Bindemittelauftrag an jeder Stelle um die Schleudervorrichtung auszuwählen und diese Auswahl muss auf Basis der Menge an Faserbildung erfolgen, die an jeder Stelle erwartet wird. Es kann sich eine beträchtliche Wirkungslosigkeit und/oder minderwertige Produktqualität ergeben, wenn z.B. die Faserbildung hauptsächlich auf einer Seite der Vorrichtung stattfindet und sowohl die Luftzufuhr als auch die Bindemittelzufuhr in der Erwartung bereitgestellt werden, dass es eine gleichmäßige Faserbildung um den gesamten Rand der Kaskadenschleudervorrichtung gibt.
Es ist daher gängige Praxis, dass die Bedienungsperson während der Inbetriebnahme des Verfahrens die hauptsächlichen Zerfaserungsbedingungen (insbesondere die Größe und die Geschwindigkeit jedes Rotors und die Gesamtbeschaffenheit der Schmelze und ihre Menge) wählt und dann kleine Änderungen in den hauptsächlichen und nebengeordneten Bedingungen unternimmt, um ein gewähltes Muster (d.h. Soll-Muster) der Zerfaserung ohne signifikante Änderung der Faserdimensionen zu erhalten. Die nebengeordneten Bedingungen, die zu beeinflussen sind, um das Soll-Muster der Zerfaserung zu erreichen, sind hauptsächlich die Aufprallzone und die Aufprallposition, das Schmelzviskositätsverhalten und die Schmelzrate.
Hat man dafür die Sollwerte erreicht, um das Soll-Muster der Zerfaserung zu erhalten, könnte man glauben, dass eine konstante Produktion erreicht ist. Leider wird eine konstante Produktion nicht erreicht, da es in der Praxis spontane Variationen in den Bedingungen gibt. Obwohl die Schmelzviskosität im wesentlichen konstant beim Sollwert bleiben wird (sofern es keine bewusste große Änderung im die Schmelze zuführenden Ofen gibt), gibt es daher unvermeidlich spontane Variationen um die Soll-Schmelzviskosität. Bei einem typischen Prozess kann z.B. die Schmelztemperatur um ± 2,5% oder ± 1,5% und bevorzugt um nicht mehr als ± 0,7% (z.B. ± 10°C um einen Sollwert von 1.500°C) variieren, was zu einer Variation in der Schmelzviskosität von ± 8% (z.B. ± 0,8 P um einen Sollwert von 9,6 P) oder manchmal mehr (z.B. ± 10% oder ± 15%) führt. Variationen in den Ausgangs materialien können eine zusätzliche Abweichung vom Sollwert ergeben. Obwohl in ähnlicher Weise die Schmelzrate im wesentlichen konstant bei der Soll-Schmelzrate bleiben wird, wird es spontane kleine Variationen um die Soll-Schmelzrate geben. Die Variation kann z.B. ± 15% oder manchmal mehr (z.B. ± 20% oder ± 25%) betragen. Aufgrund dieser Variationen und aufgrund der Gefahr von spontaner Schlackenbildung in der Schmelzauslassöffnung (wodurch das Fließmuster aus der Schmelzauslassöffnung verformt wird) gibt es unvermeidliche Variationen in der Aufprallzone und der Position des oberen Rotors.
Spontane Änderungen sind aufgrund dieser und anderer Ursachen im herkömmlichen Betrieb einer Kaskadenschleudervorrichtung unvermeidlich.
Die Wirkung von einer bestimmten Variation einer Zerfaserungsbedingung im Zerfaserungsprozess ist sehr komplex.
Bei jedem Rotor der Kaskadenschleudervorrichtung gibt es ein Gleichgewicht zwischen der Schmelze, die am Rotor haftet (und die gewöhnlich an verfestigter Schmelze haftet, die ihrerseits am Rotor haftet), und Schmelze, die vom Rotor als Fasern oder Shot oder Abfall abgeschleudert wird. Selbst wenn die ganze Schmelze, die am oberen Rotor auf einen einzelnen Punkt mit konstanter Rate und mit einer konstanten Viskosität (was jeweils unmöglich ist) aufprallt, würde es daher immer noch eine gewisse Schwankungsbreite im Schmelzfluss vom ersten Rotor zum zweiten Rotor geben. In der Praxis wird dieses Muster sogar noch diffuser als Ergebnis der unvermeidlichen Schwankungsbreite für die Aufprallposition und -zone am ersten Rotor. Das Fließmuster von dem oberen Rotor zum zweiten Rotor führt unvermeidlich zu einem sogar noch diffuseren Fließmuster von dem zweiten Rotor zu dem nächsten Rotor (falls es einen gibt) usw. Variationen um die Soll-Schmelzrate und das Soll-Schmelzviskositätsverhalten verursachen noch weitere Schwierigkeiten bei der Vorhersage des Fließmusters.
Es ist seit sehr langer Zeit erkannt worden, dass die Ausbeute an Wolle, die pro Zeiteinheit gesammelt wird, wahrscheinlich wegen Variationen in der Menge der Schmelze, die auf den oberen Rotor geführt wird, und im Anteil, der in den Abfall gelangt, variiert. Die Wolle wird auf einer sich bewegenden Fördereinrichtung gesammelt und daraus ergibt sich, dass sich Variationen im Gewicht pro Flächeneinheit der gesammelten Wolle ergeben, wenn die Fördereinrichtung, auf der die Wolle gesammelt wird, sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt.
Demgemäß war es für viele Jahre üblich, die Geschwindigkeit der Sammeleinrichtung als Reaktion auf die Produktionsrate der Wolle zu regulieren. Vor etwa vierzig Jahren wurde z.B. vorgeschlagen, die Geschwindigkeit der Fördereinrichtung und die Aufbringrate des Bindemittels als Reaktion auf Variationen im Gesamtenergieverbrauch der Schleudervorrichtung zu regulieren, wie in US-A-2888060 und Ingenioren, 15. August 1962, Seiten 449 bis 453, beschrieben. Wenn eine einzelne Sammeleinrichtung Fasern von zwei oder mehr Schleudervorrichtungen empfängt, wird die Geschwindigkeit der einzelnen Sammeleinrichtung als Reaktion auf den gemeinsamen Energieverbrauch der zwei oder mehr Schleudervorrichtungen reguliert.
Gemäß gängiger Praxis werden die Variationen in der Wollproduktion in dieser Weise und durch die Bedienungsperson, die den Prozess manuell beobachtet, ausgeglichen, wobei man sich auf die Erfahrung stützt, um die Zerfaserungsbedingungen, wie den Aufprallpunkt, manuell einzustellen, um zu versuchen, die Faserausbeute und das Zerfaserungsmuster so konstant wie vernünftigerweise möglich zu halten. Dies bedeutet aber notwendigerweise eine beträchtliche zeitliche Verzögerung zwischen der Änderung der Ausbeute und/oder des Musters und der abhelfenden Maßnahme, die versucht wird.
In JP-A-04175240 wird beschrieben, dass die bekannten Systeme zur Steuerung der Zufuhrrate der Schmelze zur Schleudervorrichtung nur unzureichend genau sind. Um eine bessere Steuerung der Zufuhrrate der Schmelze zur Schleudervorrichtung zu erreichen, ist vorgeschlagen worden, die Zufuhrrate der Schmelze als Antwort auf Variationen in der Belastung des Elektromotors (d.h. dem Energieverbrauch des Motors), der den zweiten Rotor antreibt (d.h. den ersten der nachfolgenden Rotoren), oder auf Variationen im durchschnittlichen Energieverbrauch aller Motoren zu variieren.
Es hat Offenbarungen von anderen Versuchen zur Änderung von quantitativen Eigenschaften (dem Gewicht der gesammelten Wolle, einschließlich Shots) und/oder qualitativen Eigenschaften (den Faserdimensionen und/oder der Shot-Menge) während des Betriebs des Schleuderverfahrens gegeben.
Es ist z.B. in US 3159475 beschrieben worden, dass verschiedene Ergebnisse durch Ändern der Positionen von Rotoren erreicht werden können. Dies hat den Nachteil, dass die axialen Positionen der Rotoren während des Verfahrens bewegt werden müssen, und ist jedenfalls für das Reagieren auf spontane kleine Änderungen im Verfahren nicht wirksam.
In EP-B-560866 und WO 92/10436 ist vorgeschlagen worden, den oberen Rotor relativ zum Schmelzstrom zu bewegen und andere Rotoren relativ zueinander zu bewegen, und es auch beschrieben worden, dass die Drehzahl der einzelnen Rotoren eingestellt werden kann. Es scheint berücksichtigt worden zu sein, dass Variationen in der Kombination vom Gewicht der Schmelze auf einem Rotor und der Stoßkraft von frischer Schmelze, die sich zum Rotor bewegt, ein Hinweis auf die Prozessvariabilität ist und dass die Radposition geändert werden kann, um die sich ergebenden Variationen in der linearen Radialbelastung auf die Achse eines Rotors zu berücksichtigen.
Ein Hinweis auf diese Betonung der Variationen in der linearen Radialbelastung ist das Vertrauen, dass in EP-A-560866 auf Abweichungen in den Magnetlagern der Rotoren gesetzt wird. Diese Vorschläge wären für das Reagieren auf spontane Änderungen im Prozess nicht wirksam und scheinen jedenfalls ziemlich unpraktisch.
Es ist störend, wenn das Variieren der Geschwindigkeit von einzelnen Zerfaserungsrotoren und/oder der relativen Positionen von einzelnen Zerfaserungsrotoren während eines tatsächlichen Zerfaserungsprozesses berücksichtigt werden müssen, und es ist störend, wenn man auf Magnetlager vertrauen muss, um Variationen in der linearen Belastung auf den Achsen der Rotoren zu beobachten.
In EP-A-622341 und WO 99/42413 werden Kameras eingesetzt, um das tatsächliche Verhalten der Schleudervorrichtung von innerhalb der Schleuderkammer zu überwachen. Dementsprechend beabsichtigen diese Vorschläge, auf spontane Variationen im Prozess zu reagieren.
In EP-A-622341 überwacht die Kamera die tatsächliche Aufprallposition und, wenn die Kamera beobachtet, dass diese von einer Soll-Aufprallposition abweicht, wird die Sollposition z.B. durch Bewegen der ganzen Schleudervorrichtung wiederhergestellt.
In WO 99/42413 sucht die Kamera nur den oberen Teil der Schleudervorrichtung ab und das sich ergebende Bild wird verwendet, um eine automatische Positionierung der Aufprallzone durch automatische Bewegung der Schmelzauslassöffnung relativ zum oberen Rotor zu erreichen. Es wird in WO 99/42413 angemerkt, dass die Auswahl des Aufprallpunkts zur Minimierung der Shot-Menge bewirkt, dass die Abfallmenge maximiert wird, und umgekehrt, so dass ein Kompromiss zweckmäßig ist.
Diese mit Kamera arbeitenden Verfahren leiden an dem Nachteil, dass sie die Bereitstellung einer Kamera in der feindseligen Umgebung nahe der Schleudervorrichtung erfordern. Sie leiden auch an dem Nachteil, dass sich die Kamera auf die visuelle Umgebung nahe der oberen Schleudervorrichtung konzentriert und damit ignoriert, was sich tatsächlich anderswo in der Schleudervorrichtung abspielt. Ein anderer Nachteil besteht darin, dass sie nur eine teilweise und visuelle Beobachtung von dem, was bereits stattgefunden hat, liefern und so keine Gesamtsteuerungsgenauigkeit bereitstellen, die wünschenswert wäre.
In der Praxis leiden selbst die am besten gesteuerten Kaskadenschleuderprozesse, die wir kennen, immer noch an signifikanten spontanen Variationen in der Produktivität und Qualität, und wir haben festgestellt, dass ein beträchtlicher Teil dieser Variationen in Variationen im Zerfaserungsmuster um die Rotoren und sich daraus ergebende Variationen in der Ausbeute und der Qualität begründet ist.
Wenn z.B. ein Verfahren von einer Bedienungsperson mit Fachkenntnissen entsprechend seiner besten Beurteilung gestartet wird und wenn die visuelle Analyse darauf hinweist, dass das Verfahren glatt verläuft, haben wir durch sorgfältige Analyse festgestellt, dass es in der Tat wahrscheinlich ist, dass Variationen über Zeiträume von z.B. 15 min oder 30 min von soviel wie 10% oder sogar 20% in der Energiemenge für die Schleudervorrichtung vorhanden sind, die zur Produktion einer Gewichtseinheit Wolle eingesetzt wird. Demgemäß kann der Energieverbrauch für einen Tagesdurchlauf zur Produktion einer Gewichtseinheit Wolle beträchtlich variieren.
Außerdem variiert die Produktqualität. Es kann z.B. Variationen in der Konzentration des Bindemittels von Punkt zu Punkt in der Wolle geben, weil das Bindemittel konstant um die Schleudervorrichtung angewendet wird, obwohl es spontane Variationen im Zerfaserungsmuster gibt. In ähnlicher Weise kann es eine Variabilität in der Faserablage in der Wolle geben, da die Luftströme, mit denen die Fasern gesammelt werden, trotz Variationen im Zerfaserungsmuster konstant bleiben. Dies kann dazu führen, dass Wolle guter Qualität in die Abfallgrube fällt und daher zu Abfall wird, der zurückgeführt werden muss. Es kann auch dazu führen, dass ein Teil der Wolle einen nicht idealen Weg durch die Sammelkammer nimmt, wodurch sich die Gefahr ergibt, dass unerwünschte Agglomeration und sogar Härtung in der Kammer stattfindet, was wiederum zu einem ungleichmäßigen Endprodukt führt. Auch die Shot-Menge, die in die Grube fällt, ist variabel.
Es wäre daher wünschenswert, wenn man in der Lage wäre, Kaskadenschleuderverfahren in einer verbesserten Weise zu steuern, um sowohl die Ausbeute (bevorzugt Energieverbrauch pro Gewichtseinheit Wolle und auch bevorzugt die Menge an Schmelze pro Gewichtseinheit Wolle) als auch die Wollqualität (sowohl im Hinblick auf die Beschaffenheit und Verteilung der Fasern als auch auf die Verteilung des Bindemittels) zu verbessern.
In der Erfindung wird Mineralwolle durch Bilden von Mineralfasern durch Schleuderzerfaserung einer mineralischen Schmelze unter Verwendung einer Kaskadenschleudervorrichtung wie vorstehend beschrieben und Sammeln der Fasern als Wolle hergestellt. In diesem Verfahren hat der oder jeder folgende Rotor eine vorher ausgewählte Größe und rotiert mit einer vorher ausgewählten Geschwindigkeit. Wenn zwei oder mehr folgende Rotoren vorhanden sind, befindet sich der folgende Rotor, der dem oberen Rotor benachbart ist (d.h. der zweite Rotor), in einer vorher ausgewählten Position bezüglich jedes anderen folgenden Rotors (z.B. des dritten und vierten Rotors in der Kaskade). Die Schmelze weist im wesentlichen ein Soll-Schmelzviskositätsverhalten auf und die Schmelze wird mit im wesentlichen einer Soll-Schmelzrate von der Schmelzauslassöffnung über eine Aufprallzone auf den oberen Rotor gegossen, wobei das Zentrum der Aufprallzone einen Winkel α mit der Horizontalen zwischen 30 und 70° bildet.
In der Erfindung wird das Drehmomentverhältnis überwacht, wobei das Drehmomentverhältnis das Verhältnis des Drehmoments an mindestens einem Rotor, der mit einer vorher ausgewählten Geschwindigkeit rotiert, zu dem Drehmoment an mindestens einem anderen Rotor, der mit einer vorher ausgewählten Geschwindig keit rotiert, ist, und eine Abweichung des überwachten Drehmomentverhältnisses von einem Soll-Drehmomentverhältnis durch Verändern der Position der Aufprallzone und/oder der Drehzahl des oberen Rotors und/oder der Position des oberen Rotors relativ zu dem folgenden (zweiten) Rotor verringert oder beseitigt.
Wie nachstehend ausführlicher erläutert, erfordert die Überwachung des Drehmomentverhältnisses die Überwachung von Drehmomentwerten an einem oder mehreren der folgenden Rotoren und das Ausdrücken der überwachten Drehmomentwerte an folgenden Rotoren als ein Verhältnis, obwohl ein anderer Faktor in dem Verhältnis (wie nachstehend erläutert) das überwachte Drehmoment am ersten Rotor in solchen Systemen sein kann, in denen der erste Rotor aus mit einer vorher ausgewählten Geschwindigkeit rotiert.
Das Drehmomentverhältnis, das überwacht wird, kann als ein "Prozesswert" angesehen werden und der Sollwert kann als ein "Vorgabewert" ("set point") angesehen werden, wenn die übliche Terminologie von Steuerungssystemen verwendet wird.
Die Überwachung des Gesamtdrehmoments für die gesamte Schleudervorrichtung oder des Drehmoments von nur einem Rotor, wie nach dem Stand der Technik, kann trotz großer Variationen in der Schmelzmenge zu einer Steuerung der Ausbeute führen. Es erlaubt aber nicht eine verbesserte Steuerung der Ausbeute und der Qualität, die durch die Erfindung erhältlich ist, indem das Drehmomentverhältnis überwacht wird und dieses dann verwendet wird, um die definierten Bedingungen am oberen Rotor (und insbesondere die Position der Aufprallzone) einzustellen. Die Erfindung ermöglicht eine Steuerung, um etwas auszugleichen, bei dem es sich um kleine Variationen im Verfahren zu handeln scheint, von denen wir aber festgestellt haben, dass sie einen signifikanten Einfluss auf die Effizienz und die Qualität haben können.
Die Erfindung ermöglicht eine sehr viel schnellere Reaktion auf eine Abweichung von Sollbedingungen und sie kann insbesondere eine automatisierte, im wesentlichen augenblickliche Reaktion auf eine Abweichung von Sollbedingungen ermöglichen. Sie ermöglicht eine Reaktion auf Abweichungen von den gesamten Sollbedingungen, die das Gesamtergebnis des Verfahrens beeinflussen, statt auf eine Abweichung von nur einer der Bedingungen zu reagieren (d.h. die Aufrechterhaltung der Aufprallzone in einer vorher ausgewählten Position).
Sie kann auch für die anfängliche Inbetriebnahme des Verfahrens (auf Basis der Sollwerte, die aus vorherigen Arbeiten bekannt sind) verwendet werden, ist aber besonders zweckmäßig für die Steuerung, um eine im wesentlichen sofortige, automatisierte Wiederherstellung eines Soll-Zerfaserungsmusters zu ermöglichen, sobald dieses Muster manuell erstellt worden ist (so etwa wie ein "Geschwindigkeitsregler" beim Fahren eines Automobils).
Die Steuerung, die als Folge der Erfindung möglich ist, ermöglicht die Steuerung des Zerfaserungsmusters, z.B. die Rate und Position der Faserbildung weg von jedem Rotor, auch einschließlich der Berücksichtigung von Faserlänge und -durchmesser. Sie steuert auch die Ausbeute und ermöglicht so eine kosteneffizientere Produktion der gesammelten Wolle. Insbesondere variiert die Gesamtleistung (d.h. die Summe der Leistung aller Motoren), die pro Masseneinheit von gesammelter Wolle erforderlich ist, ohne die Steuerung der Erfindung unvermeidlich während eines Verfahrens und es ist natürlich wünschenswert, die Standartabweichung auf den geringstmöglichen Wert zu verringern. Eine Reduzierung von Abfall und Shots ist auch erhältlich. Die Erfindung ermöglicht eine beträchtliche Reduzierung des Energieverbrauchs und an Schmelze über das hinaus, was durch normale Steuerungsprozeduren erreichbar ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich, wenn zwei (oder mehr) Schleudervorrichtungen in einer Seite-an-Seite-Beziehung verwendet werden, um eine Sammelvorrichtung mit Fasern zu versorgen. Es ist wünschenswert, dass die sich ergebende Bahn über die Breite so gleichmäßig wie möglich sein sollte, aber Variationen im Zerfaserungsmuster und in der Produktivität jeder Schleudervorrichtung bedeuten, dass sie zu Variationen über die Breite neigen. Die durch die Erfindung erreichbare verbesserte Steuerung ermöglicht eine Minimierung dieser Variationen.
Die Erfindung basiert teilweise auf der Feststellung, dass drei gesonderte Effekte miteinander kombiniert werden können, um das gewünschte Ergebnis der Steuerung des Verfahrens zu erreichen.
Ein Effekt besteht darin, dass das Drehmomentverhältnis (entweder an einem oder an mehreren der folgenden Rotoren allein oder gegebenenfalls mit dem oberen Rotor, wenn dieser mit eine vorher ausgewählten Geschwindigkeit und Größe läuft) auf mehrere wichtige Effekte hinweisen kann. Einer ist die Zerfaserung, einschließlich des Zerfaserungsgesamtmusters, die tatsächlich erhalten wird, wenn es kleine Änderungen in der Schmelzviskosität und/oder in der Schmelzrate um einen vorbestimmten Sollwert gibt, der konstant bleiben soll, und/oder, wenn es kleine Änderungen in der Aufprallzone und/oder in der Position gibt. Im Ergebnis wird das Wiederherstellen des tatsächlichen (oder überwachten) Drehmomentverhältnisses in einem bestimmten Verfahren zu einem Soll-Drehmomentverhältnis, der aus der früheren Erfahrung mit diesem Verfahren dafür bekannt ist, dass er auf ein ausgewähltes Ergebnis hinweist, z.B. ein ausgewähltes Zerfaserungsmuster, im wesentlichen das ausgewählte Ergebnis wiederherstellen.
Ein zweiter Effekt besteht darin, dass, obwohl Änderungen in der Zerfaserung stattfinden können, obwohl die Aufprallposition und -zone unverändert bleiben, das Drehmomentverhältnis durch bloßes Ändern der Aufprallposition und/oder durch Ändern der Drehzahl des oberen Rotors und/oder seiner Position relativ zum ersten folgenden Rotor gesteuert werden kann.
Ein dritter Effekt besteht darin, dass diese Änderungen (und insbesondere die bevorzugte Änderung in der Größe und/oder der Position der Aufprallzone) nicht nur verwendet werden können, um auf spontane und unerwünschte Änderungen in der Größe und/oder der Position der Aufprallzone (z.B. aufgrund von Schlacke in der Schmelzauslassöffnung) zu reagieren, sondern auch wirksam sind, um auf spontane Abweichungen im Schmelzviskositätsverhalten und/oder in der Schmelzrate um die im wesentlichen konstanten Sollwerte, die dafür beabsichtigt sind, zu reagieren.
Die Erfindung betrifft hauptsächlich die Steuerung eines Verfahrens, bei dem die hauptsächlichen Zerfaserungsbedingungen durch die Vorauswahl der Geschwindigkeit und der Größe von jedem der folgenden Rotoren und der relativen Positionen der folgenden Rotoren, wenn mehr als einer vorhanden ist, und durch die Wahl der Art der Schmelze vorher festgelegt ist. Bei der Durchführung ist es sehr bevorzugt, dass alle Rotoren, einschließlich des oberen Rotors, von einer vorher ausgewählten Geschwindigkeit und Größe und in vorher ausgewählten Positionen im Hinblick zueinander sein sollten. Die Fasereigenschaften (wie Durchmesser und Länge), die in der Erfindung erhalten werden, werden daher gewöhnlich überwiegend durch die Vorauswahl der Rotorgrößen und der Rotorgeschwindigkeiten und der Rotorpositionen (und die Auswahl der Art von Schmelze und deren Schmelzrate) gesteuert und die Erfindung wird dann verwendet, um eine optimale Steuerung des Erhalts von Fasern mit diesen Eigenschaften zu ermöglichen.
Dementsprechend wird die Erfindung bevorzugt für die sehr wichtige Steuerung verwendet, die erforderlich ist, um auf spontane Abweichungen von dem Soll-Schmelzviskositätsverhalten und/oder der Soll-Schmelzrate und/oder der Aufprallzone oder -position zu reagieren, die spontan während eines Betriebsdurchgangs stattfinden.
Wenn es eine große Änderung in einer oder mehreren Variablen gibt, kann die durch die Erfindung bereitgestellte Steuerung sich als unangemessen erweisen, woraufhin die Bedienungsperson (oder ein anderes automatisches System) dazu genötigt sein kann, die Zerfaserungsbedingungen erneut auf einige neue Sollwerte festzusetzen, woraufhin die Erfindung dann dazu benutzt werden kann, um die Steuerung des Verfahrens wieder aufzunehmen.
Dementsprechend beinhaltet die Erfindung in ihrem Umfang jedes Verfahren, bei dem die definierte Steuerung hinsichtlich eines Sollwerts für einen brauchbaren Zeitraum eingesetzt wird, selbst wenn es bei irgendeiner Stufe während des Verfahrens, das mehrere Stunden läuft, erforderlich sein kann, die Sollwerte erneut festzusetzen oder das Verfahren auf irgendeine andere Art und Weise zu regulieren.
Ein Verfahren kann z.B. mit einem vorher ausgewählten Satz von Rotorgeschwindigkeiten und/oder einer vorher ausgewählten Art oder Rate von Schmelze zufriedenstellend laufen und es kann der Wunsch bestehen, ohne Unterbrechung des Verfahrens auf andere Rotorgeschwindigkeiten oder eine Schmelze oder eine Schmelzrate, die sich von der ursprünglichen Schmelze oder Schmelzrate unterscheiden, zu wechseln, wobei der Wechsel größer ist als es durch die Erfindung kompensiert werden kann. Wenn dies geschieht, kann der Wechsel zur Steuerung des neuen Verfahrens erreicht werden, indem bloß von einem Algorithmus, der sich für das alte Verfahren eignet (z.B. mit einem Satz von Rotorgeschwindigkeiten), zu einem Algorithmus, der sich für das neue Verfahren eignet (d.h. mit dem neuen Satz von Rotorgeschwindigkeiten), gewechselt wird.
Die Erfindung kann auch für die Inbetriebnahme eines Verfahrens verwendet werden, bei dem die Sollwerte aus einem Algorithmus bekannt sind, der aus vorheriger Erfahrung oder der Kenntnis des Betriebs derselben oder einer ähnlichen Vorrichtung basiert. Bei einem derartigen Verfahren kann der Algorithmus so sein, dass er auf Daten von z.B. der Wirkung des Variierens der Schmelzrate und/oder der Schmelzviskosität reagiert, damit eine Auswahl von geeigneten Sollwerten für diese ermöglicht wird. Die Schmelzrate und die Schmelzviskosität werden aber bevorzugt bei Sollwerten vorher ausgewählt, die im wesentlichen dahingehend konstant sind, dass tatsächliche Abweichungen darin ausreichend klein sind, so dass das Verfahren (als Reaktion auf Änderungen im Drehmomentverhältnis) durch bloßes Ändern der Position der Aufprallfläche und/oder der Position oder Geschwindigkeit des oberen Rotors angemessen gesteuert werden kann.
Die Erfindung ist von besonderem Wert, wenn die Sollwerte durch den anfänglichen Schritt des Bereitstellens eines gewünschten Zerfaserungsmusters mit einer Schmelze, die im wesentlichen eine konstante Schmelzrate und -viskosität haben soll, abgeleitet werden und dann die Erfindung eingesetzt wird, um die Aufrechterhaltung dieses Musters trotz einiger Variationen in der Schmelzrate oder Viskosität oder der Aufprallfläche oder der Position zu unterstützen.
Somit ist ein bevorzugtes Verfahren der Erfindung eines, in dem Mineralwolle durch Bilden von Mineralfasern durch Schleuderzerfaserung einer mineralischen Schmelze unter Verwendung einer Kaskadenschleudervorrichtung wie vorstehend beschrieben und Sammeln der Fasern als Wolle gebildet wird und das Verfahren den anfänglichen Schritt der Erreichung eines Soll-Zerfaserungsmusters weg von der Zentrifugalschleudervorrichtung durch Wählen von einer oder mehreren von einer festgelegten Geschwindigkeit und Größe für den oder jeden folgenden Rotor, einer festgelegten Positionierung des folgenden (zweiten) Rotors bezüglich jedes anderen folgenden Rotors, der Position des oberen Rotors relativ zu dem folgenden (zweiten) Rotor, der Drehzahl des oberen Rotors, einer Soll-Schmelzrate, einem Soll-Schmelzviskositätsverhalten und der Größe und/oder der Gestalt oder der Position der Aufprallzone umfasst. Wenn ein Soll-Muster der Zerfaserung erreicht worden ist, wird ein Soll-Drehmomentverhältnis an einem oder mehreren der folgenden Rotoren (und gegebenenfalls am oberen Rotor, wenn er mit einer vorher ausgewählten Geschwindigkeit läuft) bestimmt, wenn dieses Soll-Muster der Zerfaserung erreicht ist, und das Drehmomentverhältnis an einem oder mehreren der folgenden Rotoren überwacht. Während des nachfolgenden Betriebs des Verfahrens für z.B. 1/2 h oder 1 h bis 4 oder 8 h oder länger wird jede Abweichung des überwachten Drehmomentverhältnisses vom Soll-Drehmomentverhältnis verringert oder beseitigt durch Ändern der Größe der Aufprallzone und/oder der Drehzahl des oberen Rotors und/oder der Position des oberen Rotors relativ zum zweiten Rotor, wodurch die Verringerung oder Beseitigung einer Abweichung im überwachten Drehmomentverhältnis von dem Soll-Drehmomentverhältnis zur Verringerung oder Beseitigung einer Abweichung des Zerfaserungsmusters von dem Soll-Zerfaserungsmuster führt.
Demgemäss wird in diesem Aspekt der Erfindung ein ausgewähltes Muster der Zerfaserung eingerichtet (entweder automatisch oder manuell) und werden unvermeidbare Änderungen in diesem Muster aufgrund von folgenden kleinen Änderungen in der Schmelzrate, dem Schmelzviskositätsverhalten und/oder der Aufprallzonenposition durch Überwachung und Ausgleichung von Abweichungen im Drehmomentverhältnis ausgeglichen.
Der Unterschied zwischen den überwachten und Soll-Drehmomentverhältnissen kann ganz oder teilweise eingesetzt werden, um eine manuelle Steuerung des Verfahrens zu ermöglichen. Der Unterschied zwischen den überwachten und Soll-Drehmomentverhältnissen wird aber bevorzugt automatisch eingesetzt, um eine automatische Steuerung des Verfahrens bereitzustellen. Dementsprechend wird in bevorzugten Verfahren der Erfindung das Soll-Faserbildungsmuster als einleitende Stufe eingerichtet und man kann dann mit dem "Geschwindigkeitsregler" der Erfindung das Verfahren automatisch laufen lassen, entweder bis zum Ende des Verfahrens (z.B. 1 bis 8 h oder länger) oder bis eine der Verfahrensbedingungen so unannehmbar abweicht, dass die Erfindung nicht oder vielleicht nicht in der Lage ist, die gewünschte Zerfaserung wiederherzustellen. Es gibt z.B. bevorzugt eine automatisierte oder manuelle Überschreitungsanzeige oder einen Alarm, um anzuzeigen, wenn z.B. der tatsächliche Wert der Schmelzrate und/oder der Schmelzviskosität und/oder des Aufprallpunktes oder der Aufprallzone zu weit von den vorher ausgewählten Sollwerten abweicht oder die Abweichungen über einen vorher ausgewählten Bereich liegen.
Die Erfindung hat nicht nur den Vorteil der Aufrechterhaltung der Produktion bei oder näher am ausgewählten Zerfaserungsverfahren als es ansonsten entweder manuell oder automatisch möglich wäre, sondern sie erlaubt auch eine Verbesserung der Gesamtenergieeffizienz des Verfahrens (pro Masseneinheit Wolle) über das hinaus, was durch Aufrechterhaltung der einfachen Beziehung zwischen Gesamtdrehmoment und Fördereinrichtungsgeschwindigkeit wie z.B. in US-A-2888060 erhältlich ist.
Das Drehmomentverhältnis, das ausgewählt wird und danach überwacht wird, muss ein Drehmomentverhältnis sein, das die relative Faserverteilung um den Rand der Kaskadenschleudervorrichtung und nicht nur die Gesamtmasse an Fasern, die hergestellt wird, anzeigt. Bei dem Verhältnis kann es sich um das Drehmoment an verschiedenen folgenden Rotoren handeln, wenn mindestens zwei vorhanden sind, oder, wenn der obere Rotor eine vorher ausgewählte Größe und Geschwindigkeit aufweist, es kann sich bei dem Verhältnis um das Drehmoment an dem oberen Rotor und einem folgenden Rotor handeln. Das Drehmomentverhältnis kann als eine Komponente die Summe von Drehmomenten an mindestens zwei Rotoren, die jeweils mit einer vorher ausgewählten Geschwindigkeit laufen, beinhalten.
Wenn die Menge an Schmelze, die auf den Rotor trifft, konstant ist, wird das Drehmoment überwiegend durch die Menge an Schmelze, die zentrifugal von der Oberfläche weg beschleunigt wird, und durch die Art dieser Beschleunigung, z.B. als feine Fasern oder Shot, beeinflusst. In der Praxis gibt es aber spontane Variationen in der Schmelzrate an dem oberen Rotor und das bloße Summieren des Drehmoments von allen Rotoren ergibt keinen Hinweis über die relative Verteilung der Schmelze und die Zerfaserung an einzelnen Rotoren. Stattdessen kann diese Information von der Kenntnis der relativen Drehmomente an verschiedenen Rotoren und insbesondere von den Verhältnissen der Drehmomente abgeleitet werden. Es ist daher durch Überwachung des Verhältnisses von Drehmomenten von zwei (oder mehr) Rotoren möglich, das Ausmaß und die Art der Zentrifugalbeschleunigung der Schmelze weg von einem oder mehreren Rotoren relativ zu einem oder mehreren anderen Rotoren zu überwachen.
In der Praxis ist es gewöhnlich nicht wesentlich, das Drehmomentverhältnis genau am Soll-Drehmomentverhältnis zu halten. Es ist stattdessen gewöhnlich angemessen, das Verfahren in einer solchen Weise zu steuern, dass nur die Standardabweichung von einem Mittel (d.h. dem Sollwert) signifikant verringert wird. Während eines normalen Verfahrens kann die Standardabweichung z.B. 10%, 15% oder mehr betragen und die Erfindung ist daher wertvoll, wenn die Standardabweichung auf geringere Werte verringert wird, z.B. auf unter 10% und bevorzugt unter 7%, 5% oder weniger.
Die Soll-Drehmomentverhältnisse und die überwachten Drehmomentverhältnisse können eine einzelne Komponente (z.B. ein einzelnes Verhältnis) oder mehrere unterschiedliche und unabhängige Komponenten sein, so dass jede der Komponenten in dem überwachten Wert gegen jede der entsprechenden Komponenten in dem Sollwert gesteuert werden muss. Das Drehmomentverhältnis wird gewöhnlich zumindest zum Teil aus den folgenden Rotoren berechnet (um einen Hinweis auf die relative Leistung an den vorherrschenden Zerfaserungsrotoren zu geben). Der obere Rotor hat aber gewöhnlich auch eine festgelegte Größe und Drehzahl, wobei in diesem Fall das Drehmomentverhältnis als eine Komponente auch das Drehmoment am oberen Rotor beinhalten kann.
Es kann erforderlich sein, das Drehmoment am oberen Rotor innerhalb einer definierten Obergrenze (im allgemeinen auf einen großen Winkel α hinweisend) und einer definierten Untergrenze (im allgemeinen auf einen kleinen Winkel α hinweisend) gesteuert wird, um die Möglichkeit auszuschließen, α auf einen unpraktischen Wert zu setzen. Ein Alarm kann auftreten, wenn der Drehmomentwert am oberen Rotor außerhalb dieses Bereichs gelangt.
Die Kaskadenschleudervorrichtung kann nur aus dem oberen Rotor und einem einzelnen folgenden Rotor (d.h. dem zweiten Rotor) bestehen, aber gewöhnlich gibt es mindestens zwei und am häufigsten drei folgende Rotoren. Demgemäss hat eine bevorzugte Schleudervorrichtung einen oberen (ersten) Rotor und folgende zweite, dritte und vierte Rotoren. Das Drehmomentverhältnis kann das Verhältnis des Drehmoments am dritten und vierten Rotor umfassen. Stattdessen oder zusätzlich dazu kann das Drehmomentverhältnis das Verhältnis des Drehmoments an dem zweiten und vierten Rotor umfassen. Stattdessen oder zusätzlich dazu kann das Drehmomentverhältnis das Verhältnis des Drehmoments am zweiten und dritten Rotor umfassen. Es wird allgemein festgestellt, dass das Verhältnis des Drehmoments am zweiten und vierten Rotor von besonderem Wert ist. Wenn es nur drei Rotoren gibt, beinhaltet das Verhältnis bevorzugt das Drehmoment des letzten Rotors (des dritten) als eines seiner Komponenten.
In manchen Fällen ist die Summierung von Drehmomenten an einigen, aber gewöhnlich nicht allen der folgenden Rotoren zweckmäßig, insbesondere wenn die Summe dann eingesetzt wird, um ein Verhältnis relativ zu einem oder mehreren der folgenden Rotoren zu berechnen. Die Summierung der Drehmomentwerte an dem zweiten und vierten Rotor ergibt z.B. einen Hinweis auf die Gesamtzerfaserung auf einer Seite einer Kaskadenschleudervorrichtung mit vier Rotoren und der Drehmomentwert am dritten Rotor oder die Summe der Drehmomentwerte am ersten und dritten Rotor gibt einen Hinweis auf die Zerfaserung der anderen Seite der Kaskadenschleudervorrichtung. Das Verhältnis der Summierung des zweiten und vierten zur Summierung des ersten und dritten (oder manchmal zum dritten allein) ergibt daher einen Hinweis auf das Zerfaserungsmuster auf jeder Seite der Schleudervorrichtung.
In ähnlicher Weise ergibt die Summierung des Drehmoments an dem dritten und vierten Rotor einen Hinweis auf die Zerfaserung weg von diesen und das Verhältnis dieser Summierung zu dem Drehmoment am zweiten Rotor oder zur Summierung des Drehmoments am ersten und zweiten Rotor ist ein anderes nützliches Drehmomentverhältnis.
Die bevorzugten Verhältnisse sind die vom vierten Rotor mit dem zweiten oder mit dem dritten oder mit der Summe von dem ersten und dem zweiten.
Es ist ersichtlich, dass ein Algorithmus gemäß der gewünschten Genauigkeit und Komplexizität des Steuerungsverfahrens gestaltet werden kann. In seiner einfachsten Form steuert der Algorithmus nur das Verfahren innerhalb von oberen und unteren Drehmomenten am oberen Rotor und innerhalb eines engen Bereichs für das Verhältnis von Drehmomenten an zwei der folgenden Rotoren, aber eine wachsende Genauigkeit kann durch Erhöhung der Zahl an Variablen im Algorithmus verliehen werden.
Das Zerfaserungsmuster wird gewöhnlich vorher ausgewählt, um die höchste Menge an Fasern weg von dem letzten Rotor (oder den letzten beiden Rotoren) zu ergeben, die durch Luft bequem wegbefördert und gleichmäßig mit Bindemittel besprüht werden kann. Durch Überwachung des Verhältnisses des Drehmoments am letzten Rotor zum Drehmoment am vorhergehenden Rotor (insbesondere am zweiten Rotor, wenn vier Rotoren in der Kaskade sind) ist es daher möglich, die Menge an Fasern, die weg von dem letzten Rotor oder den letzten Rotoren gebildet werden, am oder nahe diesem Optimum zu halten, ohne die Gefahr auf sich zu ziehen, dass die Menge an Fasern diese in einem solchen Ausmaß überschreitet, dass nicht ausreichend Trägerluft vorhanden ist, um die Fasern vorwärts zu der Sammelvorrichtung zu tragen, und/oder nicht ausreichend Bindemittel vorhanden ist, um eine gleichmäßige Verteilung des Bindemittels für die ganze Bahn bereitzustellen.
Bekannte Prozeduren zur Steuerung des Betriebs der Kaskadenschleudervorrichtungen, wie die vorstehend diskutierten, beinhalten gewöhnlich die Aufnahme einer zusätzlichen Überwachungsvorrichtung, wie durch visuelle Überwachung, und ein Vorteil der Erfindung besteht darin, das die Überwachung einzig auf der Basis von Information durchgeführt werden kann, die herkömmlicherweise sowieso ermittelt wird. Insbesondere ist es nun üblich, dass jeder Rotor während eines beliebigen bestimmten Verfahrens mit einer festgelegten Geschwindigkeit über einen für diesen Rotor bestimmten Motor angetrieben wird. Der Energieverbrauch jeden Rotors (in kW) ist proportional zum Drehmoment an diesem Rotor und der Winkelgeschwindigkeit dieses Rotors, aber die Winkelgeschwindigkeit wird vorher ausgewählt, so dass sie konstant ist, und somit ist der Stromverbrauch proportional zum Drehmoment. Dementsprechend kann das Verfahren entweder durch Überwachung der Änderungen im Energieverbrauch (in kW) für jeden Motor oder durch Beobachten der Änderungen im Drehmoment ausgeführt werden. Wenn zwei Rotoren durch einen Motor angetrieben werden, dann ist der Energieverbrauch dieses einen Motors proportional zur Summe der Drehmomente an den beiden Rotoren.
Alternativ kann das Drehmoment an einem Rotor durch eine zusätzliche Vorrichtung bestimmt werden. Dies ist gewöhnlich unnötig, wenn wie bevorzugt jeder Rotor durch einen dafür vorgesehenen Motor angetrieben wird. Einige Kaskadenschleudervorrichtungen weisen aber mehr als einen Rotor auf, der durch einen Motor angetrieben wird. Wenn die Schleudervorrichtung z.B. einen Motor hat, der die Rotoren 2 und 4 antreibt, und einen anderen Motor, der die Rotoren 1 und 3 antreibt, und wenn das Drehmomentverhältnis nur ein Verhältnis des Drehmoments an den Rotoren 2 und 4 zu dem Drehmoment an den Rotoren 1 und 3 ist, dann ist es wiederum angemessen, sich auf das Drehmoment an jedem Motor zu stützen. Gewöhnlich ist es aber notwendig, das Drehmoment an jedem einzelnen Rotor zu bestimmen, und dies kann z.B. durch die Bereitstellung eines zweckmäßigen Drehmoment-Belastungsmessgeräts an jedem Rotor bestimmt werden.
Wenn jeder Rotor wie es bevorzugt ist durch einen dafür vorgesehenen Motor angetrieben wird, wird die Variation im Energieverbrauch für jeden Motor herkömmlicherweise im wesentlichen augenblicklich als Teil der normalen Aufsicht des herkömmlichen Verfahrens ermittelt. Dementsprechend ermöglicht dies die augenblickliche Information über Änderungen in dem Drehmomentwert ohne Aufnahme zusätzlicher Hardware. Dies ermöglicht es auch, dass im wesentlichen augenblickliche Korrekturen automatisch durchgeführt werden. Dies ist eine große Verbesserung für vorhandene Verfahren, bei denen Korrekturen gewöhnlich nur gemacht werden können, nachdem manuell oder automatisch ermittelt wird, dass eine Änderung im Zerfaserungsmuster aufgetreten ist.
In der Praxis ist es aber häufig unnötig oder sogar unzweckmäßig, das Verfahren augenblicklich (z.B. innerhalb einer Sekunde von einer Abweichung im beobachteten Drehmoment) zu steuern. Stattdessen ist es bevorzugt, das Verfahren auf Basis von statistisch signifikanten Energieverbrauchswerten (oder Drehmomenten) zu steuern, die automatisch auf Basis einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden, im wesentlichen augenblicklichen Beobachtungen des Energieverbrauchs (oder des Drehmoments) von dem oder jedem relevanten Motor berechnet werden. Ein statistisch signifikanter Wert kann z.B. für jeden vorbestimmten Zeitraum, z.B. einige Sekunden, eine Minute oder einige Minuten, automatisch berechnet werden und die Korrektur kann automatisch in den gewählten Intervallen durchgeführt werden.
Dementsprechend ist es möglich, die Frequenz vorher auszuwählen, mit der das Drehmomentverhältnis überwacht wird und welche eingesetzt wird, um eine Abweichung von dem vorher ausgewählten Wert zu korrigieren. Somit ermöglicht die Erfindung entweder eine augenblickliche automatische Korrektur oder eine häufige Korrektur an beliebigen zweckmäßigen Intervallen, aber diese Intervalle sind in der Praxis immer sehr viel kürzer als die Intervalle, die in einem beliebigen früheren, manuellen Korrekturverfahren für Kaskadenschleudervorrichtungen beteiligt sein würden.
Selbst wenn die Korrektur nur bei vorher ausgewählten Intervallen angewendet wird, kann es zweckmäßig sein, dass das Drehmomentverhältnis augenblicklich während der Zeit zu überwachen, während der eine Korrektur des Drehmomentverhältnisses durchgeführt wird, um eine schnelle Erzielung der erforderlichen Korrektur zu erleichtern.
Die automatische Ausnutzung der Abweichung im Drehmomentverhältnis wird verwendet, um die Bedingungen am oberen Rotor zu ändern und dadurch die Abweichung zu verringern oder zu beseitigen und so in der Regel das ausgewählte Zerfaserungsmuster wiederherzustellen. Vorzugsweise führt das Verfahren dazu, dass sowohl das Drehmomentverhältnis als auch das Zerfaserungsmuster im wesentlichen im Hinblick auf das Soll-Drehmomentverhältnis und das Soll-Muster der Zerfaserung, die anfänglich ausgewählt worden sind, wiederhergestellt werden. Selbst wenn eine im wesentlichen vollständige Wiederherstellung des Zerfaserungsmusters nicht möglich ist (z.B. aufgrund von Änderungen in der Schmelzviskosität oder -rate, die größer sind, als dass sie durch die Erfindung ausgeglichen werden können), ist die Erfindung aber noch wertvoll, da sie gewöhnlich eine Verbesserung des Zerfaserungsmusters in Richtung auf das anfängliche Soll-Muster ermöglicht, selbst wenn es Änderungen in der Schmelze gibt, die größer sind, als sie durch die Erfindung ausgeglichen werden können.
Es gibt verschiedene Wege, durch welche die Bedingungen am oberen Rotor als Antwort auf die Abweichung im Drehmomentverhältnis variiert werden können, um das Soll-Drehmomentverhältnis und damit das Soll-Muster der Zerfaserung wiederherzustellen.
Ein Weg beinhaltet die Bewegung der Achse des oberen Rotors relativ zum folgenden zweiten Rotor. Dies erfordert aber, dass der obere Rotor bezüglich der anderen bewegbar ist, und es ist gewöhnlich zweckmäßiger, dass alle Rotoren der Kaskadenschleudervorrichtung in festgelegten Positionen relativ zueinander vorliegen.
Eine andere Art ist die Änderung der Drehzahl des oberen Rotors. Es ist aber im allgemeinen bevorzugt, dass der gesamte Energieverbrauch oder das gesamte Drehmoment der Kaskadenschleudervorrichtung so konstant wie vernünftigerweise möglich gehalten werden sollten und daher widerspricht dies einer absichtlichen Variation in der Drehzahl des oberen Rotors. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass der obere Rotor eine festgelegte Drehzahl aufweist.
Der bevorzugte Weg zur Beantwortung einer Abweichung im Drehmomentverhältnis ist daher die automatische Einstellung der Position der Aufprallzone am oberen Rotor.
Die wichtigste Einstellung, die bezüglich der Aufprallzone erreicht werden kann, ist die Einstellung des Winkels α zwischen dem Zentrum der Aufprallzone und der Horizontalen. Dies kann durch Bewegen der gesamten Kaskadenschleudervorrichtung relativ zur Schmelzauslassöffnung erfolgen, bevorzugt ist aber die Kaskadenschleudervorrichtung in einer festgelegten Position und der Winkel α wird durch Bewegen der Schmelzauslassöffnung quer zur Achse des oberen Rotors geändert. Die axiale Position kann auch eine Wirkung besitzen und dies kann durch Bewegen der Schmelzauslassöffnung parallel zur Achse des oberen Rotors geändert werden.
Die Größe und die Gestalt der Aufprallzone können auch einen Einfluss auf das Verhalten aufweisen. Die Größe wird natürlich steigen, wenn α sinkt, daneben kann aber die Gestalt des Schmelzstroms (wie durch den horizontalen Querschnitt angegeben) die Schmelzzone am oberen Rotor beeinflussen. Unter idealen Bedingungen wird die Zone z.B. durch den Winkel α und den vertikalen Fall der Schmelze gesteuert, da die Schmelze idealerweise eine zylindrische Konfiguration während des Falls annimmt und der Radius des Zylinders sich verringert, wenn die Falltiefe sich erhöht. Wenn die Schmelzauslassöffnung aber zufällig durch Schlacke blockiert ist oder absichtlich umgeformt ist, um einen Strom mit einer Bandkonfiguration parallel zur Achse des oberen Rotors zu erzeugen, kann der sich ergebende Strom sich über ein breiteres axiales Band am oberen Rotor ausbreiten. Als Folge erhöht sich die axiale Länge des Bandes der Schmelze (und damit die Aufprallzone am oberen Rotor) mit dem Ergebnis, dass die Tiefe der Schmelzschicht am oberen Rotor sich verringern wird, und diese verringerte Dicke der Schmelzschicht wird die anschließenden Zerfaserungsbedingungen beeinflussen.
Die signifikanteste Wirkung wird gewöhnlich als Ergebnis einer Änderung der Randposition des Zentrums der Aufprallzone erreicht (das Zentrum wird durch visuelle Abschätzung des Zentrums des Stroms ausgewählt, unmittelbar bevor irgendein Teil des Stroms den oberen Rotor trifft). Sich in der Schmelzauslassöffnung anreichernde Schlacke kann spontane Variationen im Aufprallpunkt und somit des Winkels α verursachen und ein absichtliches Bewegen der Schmelzauslassöffnung in Querrichtung relativ zur Achse des oberen Rotors zur Wiederherstellung von α auf den beabsichtigten Wert wird diese Abweichung beseitigen.
Dies steht im Einklang mit früheren Steuerungssystemen, die überwiegend darauf abzielten, dass sichergestellt wird, dass der Aufprallpunkt trotz irgendeiner spontanen Abweichung des Schmelzflusses aus der Schmelzauslassöffnung aufgrund von Schlacke in der Schmelzauslassöffnung an seiner vorher ausgewählten optimalen Position verbleibt. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht aber darin, dass der Aufprallpunkt und insbesondere der Winkel α von dem anfänglichen Wert für α absichtlich auf einen unterschiedlichen Wert für α geändert werden kann, um Änderungen im Schmelzviskositätsverhalten und/oder der Schmelzrate auszugleichen. Diese können z.B. in ausreichender Weise vom Sollwert abweichen, um das Zerfaserungsmuster signifikant zu ändern, obwohl sie noch im wesentlichen als konstant angesehen werden können.
Somit können wir in der Erfindung α von dem anfänglich ausgewählten Wert von α absichtlich verändern, um in der Regel das gewählte Drehmomentverhältnis oder Zerfaserungsmuster trotz spontaner Änderungen in dem Schmelzviskositätsverhalten und/oder der Schmelzrate wiederherzustellen oder vollständig wiederherzustellen, obwohl die Aufprallzone oder Position unverändert geblieben sein können (oder sich auch geändert haben).
Das Ausmaß, mit dem α von dem anfänglichen Sollwert von α variiert werden kann, beträgt gewöhnlich nicht als etwa 20° und gewöhnlicher nicht mehr als etwa 15° oder 10° oder bevorzugt nicht mehr als 5°. Gewöhnlich wird das Verfahren so durchgeführt, dass α während des Verfahrens über einen Bereich von nicht mehr als ± 10° und gewöhnlich nicht mehr als etwa ± 5° oder bevorzugt nicht mehr als ± 3° vom anfänglichen Sollwert von α variiert wird.
Das gesamte Schmelzviskositätsprofil ist signifikant, weil die Viskosität sich wahrscheinlich von einem Rotor zu dem nächsten erhöht und das Verhalten an jedem Rotor durch die Viskosität an diesem Rotor beeinflusst wird. Es ist aber aus Zweckmäßigkeit gewöhnlich ausreichend, nur die Schmelzviskosität zum Zeitpunkt des Aufpralls auf den oberen Rotor zu berücksichtigen. Im allgemeinen haben wir festgestellt, dass, wenn die Schmelzviskosität spontan ansteigt, die automatische Kompensation das Bewegen der Schmelzauslassöffnung beinhaltet, um α zu verringern, und umgekehrt, wenn die Viskosität sich verringert, dann die automatische Kompensation das Bewegen der Schmelzauslassöffnung zur Erhöhung von α beinhaltet.
Wenn die Schmelzrate sich erhöht, dann beinhaltet die automatische Kompensation das Bewegen der Schmelzauslassöffnung, um α zu erhöhen. Wenn umgekehrt die Schmelzrate sich verringert, beinhaltet die automatische Kompensation das Bewegen der Schmelzauslassöffnung, um α zu verringern.
Ein Teil des Erfolgs der Erfindung hängt von der Tatsache ab, dass eine einzelne Einstellung (im allgemeinen von α) gleichzeitig Abweichungen von dem Soll-Schmelzviskositätsverhalten, dem Soll-Schmelzratenverhalten und dem anfänglich beabsichtigten Wert von α ausgleicht. Tatsächlich beinhaltet ein Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik, dass sie dazu führen kann, dass α absichtlich gegenüber dem anfänglichen Sollwert von α geändert wird, um eine Änderung im Schmelzviskositätsverhalten und/oder der Schmelzrate auszugleichen.
Die Vorteile der Erfindung sind besonders signifikant an Kaskadenschleudervorrichtungen mit vier Rotoren, obwohl die Schleudervorrichtung z.B. 2, 3 oder 5 Rotoren aufweisen kann. Die Vorteile sind auch am größten, wenn die Schleudervorrichtung bei vernünftig hohen Beschleunigungsfeldern betrieben wird, z.B. mit dem oberen Rotor mit einem Beschleunigungsfeld von über 10 km/s² und bevorzugt 30 bis 60 km/s², obwohl Werte von bis zu z.B. 100 km/s² nützlich sein können.
Die bevorzugten Schleudervorrichtungen sind solche, die mit einem derartigen Beschleunigungsfeld am oberen Rotor betrieben werden und worin jeder folgende Rotor ein Beschleunigungsfeld aufweist, das zumindest so groß ist wie das Beschleunigungsfeld beim vorhergehenden Rotor. Vorzugsweise haben die zweiten, dritten und (falls vorhanden) vierten Rotoren alle ein Beschleunigungsfeld von dem mindestens 1,2-fachen des Beschleunigungsfeldes des oberen Rotors und gewöhnlich ist das Beschleunigungsfeld am letzten Rotor mindestens doppelt so groß wie das Feld am ersten. Einige derartige Anordnungen sind z.B. in EP-A-567486 beschrieben.
Die besten Ergebnisse werden erreicht, wenn der Winkel α während des ganzen Verfahrens immer zwischen 40 und 65°, bevorzugt zwischen 45 und 60°, ist.
Die Erfindung beinhaltet nicht nur die beschriebenen Verfahren, sondern auch Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren. Insbesondere beinhaltet sie Vorrichtungen, die ein Mittel zur Überwachung des Drehmomentverhältnisses (wobei dieses Mittel nur ein Mittel zur Überwachung des Werts des Energieverbrauchs an einem oder mehreren Rotoren sein kann) und ein Mittel zur Änderung der Größe und/oder Position der Aufprallzone und/oder der Drehzahl des oberen Rotors und/oder der Position des oberen Rotors relativ zum folgenden zweiten Rotor beinhalten, um eine zweckmäßige Änderung im Drehmomentverhältnis durchzuführen. Insbesondere umfasst die Vorrichtung bevorzugt ein Mittel zur Änderung von α und insbesondere zur Bewegung der Schmelzauslassöffnung in Querrichtung relativ zur Achse des oberen Rotors.
Die Erfindung wird in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, worin
1 ein Querschnitt der Länge nach durch eine herkömmliche Schleuderkammer enthaltend eine Kaskadenschleudervorrichtung ist, wobei der Querschnitt nahe an der Vorderseite der Kaskadenschleudervorrichtung und auf sie schauend genommen ist,
2 ein Querschnitt an der Linie 2-2 durch die in 1 gezeigte Vorrichtung ist, und
3 eine graphische Darstellung der Variationen im Energieverbrauch während eines 24-stündigen Verfahrensdurchgangs mit und ohne Steuerung des Drehmomentverhältnisses entsprechend der Erfindung ist.
Die Schleuderkammer in den 1 und 2 hat Seitenwände 1, ein Dach 2 und eine Basis 3, die sich hinunter zu einer Grube 4 erstreckt, in der Abfallmaterial gesammelt wird und aus der es durch eine Förderschnecke 30 oder ein anderes geeignetes Mittel entfernt wird. Der obere Teil der Grube wird durch eine Walze 36 definiert.
Eine Kaskadenschleudervorrichtung 5 wird in der Kammer montiert und umfasst ein Gehäuse 6, das die Rotoren und die Motoren für ihren Antrieb trägt.
Die Rotoren werden an der Kammerseite der Vorderseite des Gehäuses 6 montiert und bestehen aus einem oberen (ersten) Rotor 7, einem folgenden (zweiten) Rotor 8, einem folgenden (dritten) Rotor 9 und einem folgenden (vierten) Rotor 10, wobei die Rotoren gegenüber jedem benachbarten Rotor in der Abfolge entgegengesetzt rotieren, wie durch die Pfeile angezeigt. Jeder der Rotoren ist auf einer im wesentlichen horizontalen Achse montiert, die sich rückwärts gerichtet in das Gehäuse 6 erstreckt und bevorzugt zu einem für das Rotieren dieses Rotors mit einer steuerbaren Geschwindigkeit vorgesehenen Motor führt.
Ein Luftschlitz 11 ist um einen Teil von jedem der folgenden Rotoren positioniert und in der Zeichnung auch um einen Teil des oberen Rotors 7, um Luft nach vorne über den Rand der Rotoren zu strahlen, um in bekannter Weise die Zerfaserung zu fördern. Es können Blätter in den Luftschlitzen vorhanden sein, um den Luftstrahlen eine tangentiale Komponente zu verleihen. Der Innendurchmesser jedes Luftschlitzes ist im wesentlichen der gleiche wie der Außendurchmesser des Randes des damit verbundenen Rotors, so dass der Luftstrahl in bekannter Weise einen Wandstrahl über diesen Teil des Randes erzeugt.
Es gibt einen Bindemittelring 12, der Bindemittel-Sprühöffnungen 13 enthält, die um und unterhalb der Kaskadenschleudervorrichtung angeordnet sind, und es gibt einen Sekundärluftring 14, der Öffnungen 15 enthält, die unterhalb der Kaskadenschleudervorrichtung angeordnet sind. Sekundärluft zum Wegtransportieren der Fasern von den Rotoren wird nach vorne durch die Öffnungen 15 geblasen. Bindemittel wird durch die Öffnungen 13 gesprüht, damit es in die Wolke von Fasern gebracht wird, die durch die Luftströme aus den Öffnungen 15 und den Kanälen 11 von den Rotoren vorwärts getragen wird. Das Bindemittel kann auch in die Wolke von Fasern von Bindemittel-Sprühvorrichtungen 16 gesprüht werden, die koaxial angeordnet sind mit einigen oder allen folgenden Rotoren 8, 9 und 10 und auf der Vorderseite davon montiert sind.
Eine Schmelzrinne, die schematisch bei 17 gezeigt ist, empfängt Schmelze von einem Ofen (nicht gezeigt) und die Schmelze fließt an der Schmelzauslassöffnung 18 aus der Rinne. Anfänglich hat die Schmelze die Anordnung eines breiten Bandes 19, aber beim Hinunterfallen durch das Dach 2 der Kammer und in Richtung des oberen Rotors 7 nimmt sie eine engere, zylindrische Konfiguration 20 an. Dieser zylindrische Schmelzstrom trifft auf den oberen Rotor 7 über eine Aufprallzone 22, deren Zentrum visuell auf Basis der visuellen Abschätzung der Zentrallinie 21 abgeschätzt wird, und dies ist der Aufprallpunkt. Er ergibt einen Winkel α zwischen der Achse 23 des oberen Rotors 7 und der horizontalen Linie 24.
Fasern, die von den Rotoren abgeschleudert werden, werden durch die Luftströme wie schematisch durch die Linien 31 gezeigt in Richtung einer kontinuierlich sich bewegenden Fördereinrichtung 32 getragen, welche die Basis 3 der Kammer in der Nähe zu der Schleudervorrichtung definiert. Eine Ansaugung wird durch die Fördereinrichtung 32 über den Saugkasten 33 angewendet und so werden Fasern auf der Fördereinrichtung bei ihrer aufwärts gerichteten Bewegung gesammelt und reichern sich auf der Fördereinrichtung als Bahn von Mineralwolle 34 an, die auf der Fördereinrichtung aus dem oberen Teil der Sammelkammer hinaus befördert wird. Die Mineralwolle beinhaltet eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung von ungehärtetem Bindemittel, das z.B. von den Öffnungen in dem Bindemittelring 12 aufgebracht wurde. Die Mineralwolle beinhaltet auch Shot, der in den Fasern mitgeführt und auf die Sammeleinrichtung 32 befördert wird. Anderer Shot und Abfallmaterial fallen in die Grube 4, wie durch Linien 35 gezeigt.
Zu Beginn eines Verfahrens lässt die Bedienungsperson gewöhnlich jeden der Rotoren 7, 8, 9 und 10 jeweils mit einer vorher ausgewählten Drehzahl und somit mit einem vorher ausgewählten Beschleunigungsfeld laufen. In ähnlicher Weise sind die Rotoren gewöhnlich in vorher ausgewählten Positionen relativ zueinander und zu der Schleuderkammer. Die Schmelze fließt entlang der Rinne 17 und hinunter auf den Aufprallpunkt, während Luft durch die Luftkanäle 11 gestrahlt wird, Sekundärluft wird durch die Öffnungen 15 gepresst wird und Bindemittel durch Öffnungen 13 (und 16) gesprüht wird. Die Bedingungsperson stellt die Fließrate der Schmelze und die laterale Position der Schmelzauslassöffnung relativ zur Achse 23 ein, um die Position α auszuwählen, die unter diesem Satz von Bedingungen das optimale Zerfaserungsmuster ergibt. Insbesondere wird die Bedienungsperson nach einer minimalen Menge an Abfall, einer minimalen Menge an mit den Fasern mitgeführtem Shot und einer vernünftig gleichmäßigen Verteilung der Faserbildung um die Seiten und die Basis der Kaskadenschleudervorrichtung, häufig mit einem Maximum um den unteren Teil der Kaskadenschleudervorrichtung herum, suchen.
Neben dem Wunsch, die Menge an Abfall und Shot zu minimieren, möchte die Bedienungsperson auch die Menge an Fasern minimieren, die ausreichend niedrig fallen, z.B. in die Nähe der Walze 36, so dass sie, statt als Abfall in die Grube zu fallen, in der Sammelkammer für einen unerwünscht langen Zeitraum verbleiben, bevor sie auf der Fördereinrichtung 32 aus der Kammer getragen werden. Die Fasern, die sich in der Nähe der Walze 36 sammeln, neigen dazu, dichte Büschel zu bilden, die sogar eine teilweise Härtung in der Sammelkammer eingehen können, was als Ergebnis zu einem weniger homogenen Produkt nach dem Endhärtungsvorgang führt.
Bei dem Prozess der Auswahl der Soll-Zerfaserungsbedingungen, welche die ausgewählte Faserverteilung ergeben, kann die Bedienungsperson Faserverteilungen festgestellt haben, bei denen z.B. zu viel Fasern auf der linken Seite der Schleudervorrichtung oder zu viel Fasern auf der rechten Seite der Schleudervorrichtung erzeugt werden. Beides ist unzweckmäßig, da dies dazu führen kann, dass diese Fasern eine nicht zweckmäßige Menge an Bindemittel empfangen, und/oder sie zu einem unerwünschten Aufbau von Fasern an der benachbarten Wand der Kammer führen können. In ähnlicher Weise kann die Bedienungsperson Bedingungen vorfinden, bei denen zu viel Fasern an dem unteren Teil der Schleudervorrichtung gebildet werden. Dies kann den Nachteil aufweisen, dass bewirkt wird, dass Fasern in diesem Teil der Kammer eine unangemessene Menge an Bindemittel tragen, und/oder es kann dazu führen, dass Luft von der Öffnung 15 unterhalb der Schleuder vorrichtung unzureichend ist, um die Fasern nach vorne zu tragen, was zur Folge hat, dass einige dieser Fasern in die Grube 4 als Abfall fallen.
Während dieser anfänglichen Phase der Inbetriebnahme ermöglicht eine Routinevariation in den Zerfaserungsbedingungen (und insbesondere eine Einstellung des Winkels α) in üblicher Weise es der Bedienungsperson, Zerfaserungsbedingungen zu erreichen, die als annehmbar angesehen werden und daher die Soll-Zerfaserungsbedingungen für die anschließende Steuerung des Verfahrens bilden.
Nach Einrichtung dieser Soll-Zerfaserungsbedingungen bemerkt das Steuersystem die Einzelheiten der Sollbedingungen, z.B. den Energieverbrauch an jedem der Rotoren und die Position des Aufprallpunkts, insbesondere den Winkel α. Diese Daten werden in dem Steuersystem gespeichert, wie u.a. das Soll-Drehmomentverhältnis (z.B. das Verhältnis des Energieverbrauchs an den Rotoren 10 und 9). Die Bedienungsperson schaltet dann das Verfahren auf automatische Steuerung um und das Verfahren läuft trotz spontaner Variationen in irgendeinem oder allen von Schmelzviskositätsverhalten, Schmelzrate und α um die anfänglichen Sollwerte von jeden von diesen im wesentlichen mit den Soll-Zerfaserungsbedingungen.
In einem einfachen Fall wird das Verfahren durch den Drehmomentwert gesteuert, der das Verhältnis des Drehmoments am vierten Rotor (Rotor 10) zum dritten Rotor (Rotor 9) ist. Als Beispiel wird angenommen, dass das Drehmomentverhältnis für Rotor 10 : Rotor 9 0,8 sein solle. Wenn der tatsächliche überwachte Wert 0,9 ist, würde dies darauf hinweisen, dass die Menge an Faserproduktion an Rotor 10 höher ist als der Sollwert. Dies würde darauf hinweisen, dass für die tatsächliche Menge an Fasern es einen Mangel an Bindemittel von den Düsen 13 in der Nachbarschaft des Rotors 10 gibt und es einen Mangel an Sekundärluft von den Düsen 15 benachbart zum Rotor 10 geben kann.
Um die Faserproduktion an Rotor 10 wieder auf den gewünschten Wert zu bringen und so erneut das Soll-Drehmomentverhältnis von 0,8 einzurichten, zeigt die Erfahrung normalerweise, dass die Faserproduktion entlang der Kaskade nach oben bewegt werden sollte und dass dies durch Erhöhen von α an dem oberen Rotor 7 erreicht werden kann. Dies gilt unabhängig davon, ob der Grund für die Änderung des Drehmomentverhältnisses auf 0,9 aufgrund einer spontanen Änderung in α oder aufgrund einer Änderung im Schmelzviskositätsverhalten oder der Schmelzrate liegt. Unabhängig von dem Grund wird die Änderung in der Faserproduktion an Rad 10 auf die gleiche Weise korrigiert, d.h. durch Erhöhen von α, egal welchen Wert er hatte, als bei der Überwachung festgestellt wurde, dass das Drehmomentverhältnis zu hoch war, bis es wieder den gewünschten Wert von 0,8 erlangt.
Um die Steigerung in α zu erzielen, wird ein zweckmäßiger Algorithmus verwendet, der eine übliche Kontrollschleife mit PID-Funktionen enthält, was sicherstellt, dass jede korrigierende Bewegung in einer maßvollen Weise mit einem maßvollen Übergang ohne zu weitgehend über das Ziel hinauszuschießen oder Schwingungen zu ergeben. Die PID-Funktion führt zu einer Steueraktion proportional (P = Proportion) zur Abweichung (Differenz zwischen tatsächlichen 0,9 und Zielpunkt 0,8 = 0,9 – 0,8 = 0,1), proportional zur akkumulierten Abweichung (I = Integral) und proportional zur Abweichungsgeschwindigkeit (D = Differential, nicht häufig in Gebrauch). Die Richtung der Korrektur wird durch Berechnung der Abweichung mit Vorzeichen: positiv oder negativ sichergestellt. Die Steuertätigkeit wird daher sofort in die richtige Richtung gerichtet.
In der Praxis würde das Steuersystem natürlich eine Korrektur von α in die Wege leiten, sobald eine Verschiebung des Drehmomentverhältnisses weg von dem Zielpunkt wahrgenommen wird, und daher kann dies ohne Schwierigkeiten alle wenige Sekunden oder gewöhnlich in größeren Intervallen (z.B. 10 bis 30 s oder manchmal länger) auftreten.
BEISPIEL 1
In einem tatsächlichen Verfahren wurde Mineralwolle mit einer Kaskadenschleudervorrichtung mit vier Rotoren hergestellt, bei der während der ganzen 6 h des Betriebs des Verfahrens die Positionen, Größen und Geschwindigkeiten der Rotoren nicht verändert wurden und die Soll-Schmelzrate und die Schmelzviskosität nicht geändert wurden. Das Verhältnis von Drehmoment am vierten Rotor zum Drehmoment am zweiten Rotor wurde während des ganzen Verfahrens überwacht.
Wenn das Verfahren gemäß dem Stand der Technik betrieben wurde, wurde festgestellt, dass das Drehmomentverhältnis für Rotor 4 : Rotor 2 sich mit der Zeit zwischen Größen von so hoch wie 1,8 und so niedrig wie 1,3 mit einer Standardabweichung über 3 h von 10% verschob. Eine automatische Steuerung des Verfahrens wurde dann eingeleitet, wobei das Soll-Drehmomentverhältnis für aufeinanderfolgende Perioden auf verschiedene Werte eingestellt wurde, z.B. 1,8, 1,9, 1,7 und 1,6.
In jedem Fall wurde der Algorithmus eingerichtet, um das Verhältnis innerhalb eines Wertes von ± 0,1 zu steuern, indem die Schmelzauslassöffnung so bewegt wurde, dass der Winkel α variiert. Es gab eine beschränkte Anzahl von augenblicklichen Peaks außerhalb der Grenzen, aber das Verfahren wurde auf andere Weise vollständig innerhalb der voreingestellten Grenzen und mit einer Standardabweichung von dem Sollwert von etwa 2 bis 3% gesteuert.
BEISPIEL 2
Um die Tatsache zu demonstrieren, dass die Erfindung von besonderem Wert ist, wenn das Beschleunigungsfeld an dem oberen Rotor mindestens 30 km/s² ist, wurde ein Verfahren unter Verwendung einer ähnlichen Spinndüse und Schmelze durchgeführt. Die Wirkung der Änderung von α auf das Drehmomentverhältnis von Rotor 4 : Rotor 3 wurde untersucht, wenn der obere Rotor bei einem relativ hohen Beschleunigungsfeld betrieben wurde (etwa 30 km/s²). Es wurde festgestellt, dass, wenn Soll-α 30° betrug, das Verhältnis zwischen etwa 1,15 und 1,35 fluktuierte, bei 45° fluktuierte es zwischen etwa 1,1 und 1,2, bei 55° fluktuierte es zwischen 1 und 1,1 und bei 60° fluktuierte es zwischen 0,9 und 1. Bei einem niedrigeren Beschleunigungsfeld (etwa 10 km/s²) wurde das Verhältnis Rotor 4 : Rotor 3 aber sehr viel weniger durch den Winkel α beeinflusst, z.B. im Bereich von etwa 1,3 bei 30° bis etwa 1,2 bei 60°. Bei diesen niedrigeren Beschleunigungsfeldern war aber das Verhältnis der Drehmomentwerte für Rotor 4 : Rotor 2 signifikanter, wobei es im Bereich von um 2,6 bei 30° bis um 2 bis 60° lag.
Das Drehmoment am Rotor 1 variierte auch mit dem Winkel und dem Beschleunigungsfeld. Bei den niedrigen Beschleunigungsfeldern variierte z.B. das Drehmoment an Rotor 1 von um 1,8 bei 30° bis zu um 3,2 kW bei 60°, während bei hohen Beschleunigungsfeldern es von um 3,4 kW bei 30° bis etwa 4 kW bei 45°, etwa 4,3 kW bei 55° und etwa 4,6 kW bei 60° variierte. Natürlich ist jeder dieser Werte nur ein Durchschnitt von einer breiten Spanne augenblicklicher Werte.
Dementsprechend können größere Variationen in α erforderlich sein, um die Soll-Produktivität und -Qualität aufrechtzuerhalten, wenn der obere Rotor bei höheren Beschleunigungsfeldern betrieben wird, als wenn er bei niedrigeren Beschleunigungsfeldern betrieben wird. In jedem Fall ist das Beschleunigungsfeld an dem zweiten und den folgenden Rotoren größer als das Beschleunigungsfeld am oberen Rotor.
BEISPIEL 3
Bei einem anderen tatsächlichen Verfahren wurde Mineralwolle an unterschiedlichen Tagen an der gleichen Kaskadenschleudervorrichtung mit vier Rotoren hergestellt, die mit entsprechenden Positionen, Größen und vorher ausgewählten Drehzahlen an jedem Tag angeordnet waren. Die Schleudervorrichtung wurde mit der gleichen Soll-Schmelzrate und Soll-Schmelzviskosität während des ganzen Verfahrens versehen.
Die Schleudervorrichtung wurde mit dem gleichen anfänglichen optimalen Sollbetrieb durch die gleiche Bedienungsperson mit Fachwissen aufgebaut. Jedes Verfahren lief dann 24 h. In beiden Verfahren war das Beschleunigungsfeld am oberen Rotor das gleiche (30 bis 35 km/s²) und in beiden Verfahren war der Soll-Winkel α der gleiche (zwischen 50 und 60°).
In einem der Verfahren, Verfahren A, wurde kein Versuch gemacht, das Verhältnis des Drehmoments von Rotor 4 : Drehmoment an Rotor 2 auf einem konstanten Wert zu halten.
Im Verfahren nach der Erfindung, Verfahren B, wurde α als Antwort auf die Variationen im Drehmomentverhältnis von Rotor 4 : Rotor 2 in dem Versuch, das Verhältnis so konstant wie möglich zu halten (durch Bewegung der Schmelzauslassöffnung) variiert. Es wurde festgestellt, dass es notwendig war, α in einem Bereich von etwa ± 5° zu variieren, um das Drehmomentverhältnis im wesentlichen konstant zu halten.
Eine graphische Darstellung des Drehmomentverhältnisses während des ganzen 24-stündigen Betriebs ist in 3 gezeigt. Die Variation im Verhältnis in Verfahren A hatte eine Standardabweichung von 18,5%, während die Variation im Verhältnis für Verfahren B eine Standardabweichung von nur 4% hatte.
Eine visuelle und analytische Bestimmung der Qualität des Produktes in Verfahren B zeigte, dass es homogener war. Es hatte weniger Variationen in Qualitätsparametern, wie Bindemittelverteilung, mechanischen Eigenschaften, Shots und Verunreinigungen, als das Produkt von Verfahren A. Einige Versuche demonstrierten auch bessere Isoliereigenschaften als das Produkt von Verfahren A. Die Analyse des Verbrauchs von Schmelze und des Energieverbrauchs in Verfahren B zeigte auch, dass das Verfahren sowohl im Energieverbrauch als auch im Schmelzeverbrauch wirtschaftlicher als Verfahren A war.
Der Vorteil der Erfindung ist sogar noch größer, wenn das Beschleunigungsfeld des oberen Rotors über 50 km/s² ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Mineralwolle durch Bilden von Mineralfasern durch Schleuderzerfaserung einer mineralischen Schmelze (19, 20) unter Verwendung einer Kaskadenschleudervorrichtung (5) und Sammeln der Fasern als Wolle, bei dem die Kaskadenschleudervorrichtung (5) eine Abfolge von einem oberen (ersten) Rotor (7) und einem folgenden (zweiten) Rotor (8) und gegebenenfalls anderen folgenden Rotoren (9, 10) umfasst, wobei jeder Rotor um eine verschiedene, im wesentlichen horizontale Achse mit einer gegensätzlichen Drehrichtung zu der Drehrichtung des oder jeden benachbarten Rotors in der Abfolge rotiert und die verschiedenen, horizontalen Achsen so angeordnet sind, dass Schmelze, die aus einer Schmelzauslassöffnung (18) auf den oberen Rotor (7) gegossen wird, der Reihe nach auf die Randoberfläche des oder jedes folgenden Rotors (8, 9, 10) geworfen wird und Fasern von dem oder jedem folgenden Rotor (8, 9, 10) und gegebenenfalls dem oberen Rotor (7) abgeschleudert werden, der oder jeder folgende Rotor (8, 9, 10) mit einer vorher ausgewählten Geschwindigkeit rotiert und eine vorher ausgewählte Größe aufweist, der folgende (zweite) Rotor (8), der dem oberen Rotor (7) benachbart ist, in einer vorher ausgewählten Position bezüglich jedes anderen folgenden Rotors (9, 10) ist, die Schmelze im wesentlichen ein Soll-Schmelzviskositätsverhalten aufweist und die Schmelze mit im wesentlichen einer Soll-Schmelzrate von der Schmelzauslassöffnung (18) über eine Aufprallzone auf den oberen Rotor gegossen wird, wobei das Zentrum (22) der Aufprallzone einen Winkel α mit der Horizontalen zwischen 30 und 70° bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentverhältnis überwacht wird, wobei das Drehmomentverhältnis das Verhältnis des Drehmoments an mindestens einem Rotor, der mit einer vorher ausgewählten Geschwindigkeit rotiert, zu dem Drehmoment an mindestens einem anderen Rotor, der mit einer vorher ausgewählten Geschwindigkeit rotiert, ist, und die Abweichung des überwachten Drehmomentverhältnisses von einem Soll-Drehmomentverhältnis durch Verändern der Position der Aufprallzone und/oder der Drehzahl des oberen Rotors (7) und/oder der Position des oberen Rotors (7) relativ zu dem folgenden (zweiten) Rotor (8) verringert oder beseitigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den anfänglichen Schritt der Auswahl einer Geschwindigkeit und einer Größe für den oder jeden folgenden Rotor (8, 9, 10), der Position des folgenden (zweiten) Rotors bezüglich jedes anderen der folgenden (dritten oder vierten) Rotoren (9, 10), der Position des oberen Rotors (7) relativ zu dem folgenden (zweiten) Rotor (8), der Drehzahl des oberen Rotors (7), der Größe und/oder der Gestalt und/oder der Position der Aufprallzone, der Soll-Schmelzrate und des Soll-Schmelzviskositätsverhaltens, wobei in diesem Verfahren das Soll-Drehmomentverhältnis das Drehmomentverhältnis ist, wenn ein Soll-Muster der Faserbildung erreicht ist, und die Verringerung oder Beseitigung von einer Abweichung im überwachten Drehmomentverhältnis vom Soll-Drehmomentverhältnis zu einer Verringerung oder Beseitigung einer Abweichung des Zerfaserungsmusters von dem Soll-Zerfaserungsmuster führt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in welchem die Verringerung oder Beseitigung der Abweichung im Drehmomentverhältnis automatisch erreicht wird.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem die Abweichung des überwachten Drehmomentverhältnisses von einem Soll-Drehmomentverhältnis durch Verändern des Winkels α verringert oder beseitigt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, in welchem während des Verfahrens jeder der Rotoren der Kaskadenschleudervorrichtung eine vorher ausgewählte Drehzahl und eine vorher ausgewählte Position relativ zu allen anderen Rotoren aufweist und die Abweichung im überwachten Drehmomentverhältnis vom Drehmomentwert durch Verändern des Winkels α verringert oder beseitigt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, in welchem die Kaskadenschleudervorrichtung sich während des Verfahrens in einer fixierten Position befindet und der Winkel α durch Bewegen der Schmelzauslassöffnung quer zur Achse des oberen Rotors verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, in welchem die Schleudervorrichtung einen oberen Rotor und nachfolgende zweite, dritte und vierte Rotoren aufweist und in welchem das Drehmomentverhältnis das Verhältnis der Drehmomente an dem dritten und vierten Rotor umfasst und/oder es das Verhältnis der Drehmomente an dem zweiten und vierten Rotor umfasst und/oder es das Verhältnis der Drehmomente des ersten und zweiten Rotors mit dem Drehmoment am vierten Rotor umfasst.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 7, in welchem das Drehmoment am oberen Rotor in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird und/oder das Verhältnis des Drehmoments am oberen Rotor zum Drehmoment an einem oder mehreren anderen Rotoren in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem jeder Rotor durch einen für diesen Rotor bestimmten Motor angetrieben wird und das Drehmoment durch Überwachen des Energieverbrauchs des Rotors überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, in welchem der Energieverbrauch, der überwacht wird, ein statistisch signifikanter Wert ist, der automatisch auf Basis von aufeinanderfolgenden, im wesentlichen momentanen Beobachtungen des Energieverbrauchs dieses Motors berechnet wird.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem das Beschleunigungsfeld an dem oberen Rotor mindestens 30 km/s² beträgt und das Beschleunigungsfeld an dem oder jedem folgenden Rotor größer ist als das Beschleunigungsfeld an dem oberen Rotor.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem der Winkel α im Bereich von 40 bis 65° eingestellt wird.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem Bindemittel auf die Fasern gesprüht wird, die mit der Zentrifugalschleudervorrichtung gebildet werden, bevor sie als Wolle gesammelt werden.
Vorrichtung, die zur Verwendung in einem Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch geeignet ist, umfassend eine Kaskadenschleudervorrichtung (5), welche eine Abfolge von einem oberen (ersten) Rotor (7) und einem folgenden (zweiten) Rotor (8) und gegebenenfalls anderen Rotoren (9, 10) umfasst, wobei jeder Rotor für die Rotation um eine verschiedene, im wesentlichen horizontale Achse mit einer gegensätzlichen Drehrichtung zu der Drehrichtung des oder jeden benachbarten Rotors in der Abfolge montiert ist und die verschiedenen horizontalen Achsen so angeordnet sind, dass Schmelze, die aus einer Schmelzauslassöffnung (18) auf den oberen Rotor (7) gegossen wird, der Reihe nach auf die Randoberfläche des oder jedes folgenden Rotors (8, 9, 10) geworfen wird und Fasern von dem oder jedem folgenden Rotor (8, 9, 10) und gegebenenfalls dem oberen Rotor (7) abgeschleudert werden, der oder jeder folgende Rotor (8, 9, 10) für die Rotation mit einer vorher ausgewählten Geschwindigkeit montiert ist und eine vorher ausgewählte Größe aufweist und der folgende (zweite) Rotor (8), der dem oberen Rotor (7) benachbart ist, in einer vorher ausgewählten Position bezüglich jedes anderen folgenden Rotors (9, 10) montiert ist, und wobei es ein Mittel zur Überwachung des Drehmomentverhältnisses gibt, wobei das Drehmomentverhältnis das Verhältnis des Drehmoments an mindestens einem Rotor, der mit einer vorher ausgewählten Geschwindigkeit rotiert, zu dem Drehmoment an mindestens einem anderen Rotor, der mit einer vorher ausgewählten Geschwindigkeit rotiert, ist, und wobei es ein Mittel gibt, wodurch die Abweichung des überwachten Drehmomentverhältnisses von einem Soll-Drehmomentverhältnis durch Verändern der Position der Aufprallzone und/oder der Drehzahl des oberen Rotors (7) und/oder der Position des oberen Rotors (7) relativ zu dem folgenden (zweiten) Rotor (8) verringert oder beseitigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 14, die zusätzlich eine Schmelzauslassöffnung beinhaltet, die mit der Schleudervorrichtung verknüpft ist und von der Schmelze über eine Aufprallzone auf dem oberen Rotor der Schleudervorrichtung gegossen werden kann, und die zusätzlich ein Mittel zum Verändern der Position der Aufprallfläche und/oder der Drehzahl des oberen Rotors und/oder der Position des oberen Rotors relativ zu dem zweiten Rotor als Reaktion auf die Abweichung des überwachten Drehmomentverhältnisses von einem Soll-Drehmomentverhältnis beinhaltet.