DE928545C - Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus Glas oder anderen in der Waerme plastischen Massen - Google Patents

Description

Unter den Verfahren zur Erzeugung mineralischer Fasern hat sich das sogenannte Düsenblasverfahren am besten bewährt, weil es sehr leistungsfähig ist und die Erzeugung langer und feiner Fasern gestattet, die für die weitere Verarbeitung von erheblichem Vorteil sind. Die früheren Verfahren zur Herstellung von Glasgespinst durch Abziehen eines Fadens von einem erhitzten Glasstab, das Tropfverfahren, bei dem aus einem Schmelzbehälter flüssige Glasmasse abtropfte und die Tropfen einen Faden nach sich zogen, die Zerstäubungsverfahren, bei denen ein Strahl flüssiger Glasmasse in einer ejektorartigen Vorrichtung mittels eines Dampfstrahles od. dgl. zerstäubt wurde, und die Schleuderverfahren, bei denen der flüssige Glasstrahl auf eine schnell umlaufende Scheibe lief und infolge der Schleuderkraft fein verteilt wurde, sind meist verlassen oder werden für mindere Zwecke gebraucht, bei denen kurze Fasern oder mit dickeren Teilen vermischte Fasern verwendet werden können. Man kann zwar nach den Ziehverfahren auch sehr feine und lange Fasern gewinnen, jedoch ist die Leistung außerordentlich niedrig, so daß diese Verfahren nicht für die Massenerzeugung in wirtschaftlicher Weise geeignet sind.

Beim Düsenblasverfahren wird die Glasmasse in einem Schmelzbehälter verflüssigt, der an seinem Boden eine Düsenplatte mit einer großen Zahl feiner Öffnungen trägt, die die flüssige Masse in feine Materialströme zerteilen, die nach dem Erkalten zu feinen und langen Glasfasern führen. Nach dem bisherigen Stand der Technik konnte diese Düsenplatte

nur aus Platin hergestellt werden, weil es sich leich verformen und mit den erforderlichen feinen Bohrungen versehen läßt und vor allem, weil es genügend temperaturbeständig und auch gegen die chemischen Einflüsse der geschmolzenen Glasmasse genügend widerstandsfähig ist. Auch ist das Platin mit einfachen Mitteln durch Hindurchleiten elektrischen Stromes beheizbar. Indessen ist das Platin nicht nur sehr teuer, sondern zeitweilig überhaupt ίο nicht beschaffbar. Hinzu kommt, daß das Platin der Düsenplatte in merklichem Umfange verdampft, so daß die Düsenplatten häufig erneuert werden mußten, wodurch die vorhandenen Platinvorräte eine ständige Verminderung erfuhren.
iS Es wurde nun die überraschende Beobachtung gemacht, daß das Platin für die Düsenherstellung entbehrlich ist und das Düsenblasverfahren praktisch unbegrenzt anwendbar gemacht werden kann.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus in der Wärme plastischen Massen, die aus einem Schmelzbehälter mit einem becherförmigen oder ähnlichen nicht aus Metall hergestellten Düsenkörper besteht, der sich in dem Umriß des Schmelzbehälters so erstreckt, daß der Düsenboden in der Nähe der Oberfläche der flüssigen Masse liegt. Vorzugsweise ist der Flüssigkeitsstand - der geschmolzenen Masse über dem Dusenboden gering und beträgt nur einige Millimeter oder wenige Zentimeter. Über dem Düsenboden ist zweckmäßig eine regelbare Heizquelle angebracht. Der Düsenboden kann in einem Vorherd angebracht sein, der mit dem Schmelzbehälter, z. B. durch einen Überlauf, so verbunden ist, daß im Vorherd nur eine geringe Menge der geschmolzenen Masse von geringem Flüssigkeitsstand vorhanden ist. Unterhalb des Düsenbodens, und zwar vorteilhafterweise in geringem Abstand von diesem, ist eine Zerfaserungsvorrichtung angeordnet, die mittels gasförmiger Druckmittel, wie Dampf, Preßluft od. dgl., betrieben wird.

Vorzugsweise besteht der Düsenkörper aus hochwärmebeständigem und gegen den chemischen Angriff durch die flüssige Masse, z. B. eine Glasschmelze, widerstandsfähigem keramischem Stoff, wie Korund, Siliciumcarbid, Magnesit od. dgl. Auch kann der Düsenkörper aus Oxyden der seltenen Erden, z. B. des Zirkons, Thalliums, Lathans, Thoriums oder Cers, bestehen. Der feuerfeste Stoff kann durch Kaolin, Ton od. dgl. gebunden sein. Auch kann der Düsenkörper schwer schmelzende Metalle, wie Wolfram, Vanadin, Molybdän, Chrom, enthalten. Zweckmäßig weist der Düsenboden eine geringe Wandstärke von wenigen Millimetern auf.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise im Schnitt veranschaulicht. In einem Schmelzbehälter 1 an sich bekannter Bauart werden ein Glasgemenge, Glasscherben, Schlacken oder Gesteine geeigneter Zusammensetzung durch die Öffnung 2 eingetragen und durch eine geeignete Heizquelle, z. B. in Regeneratoren überhitzte Heizgase, in an sich bekannter Weise geschmolzen, so daß die geschmolzene Masse 3 den Schmelzbehälter 1 teilweise füllt. An der Arbeitsseite des Schmelzbehälters 1 ist ein Vorherd 4 angeschlossen, der entweder mit einem Überlauf 13 versehen oder dessen Bodens so weit erhöht ist, daß die Glasmasse im Vorherd 4 nur einen geringen Flüssigkeitsstand aufweist und auch nur eine verhältnismäßig geringe Glasmenge im Spinnbehälter vorhanden ist. Dadurch wird erreicht, daß die geringe Masse des flüssigen Glases schnell auf die erforderliche hohe Spinntemperatur erhitzt werden kann, und vermieden, daß sich die Glasmasse zu lange im Spinnbehälter 4 aufhält, so daß keine Entglasung der Masse erfolgt, was für die Festigkeit der Glasfäden nachteilig wäre. Durch den Überlauf 13 wird der Flüssigkeitsstand, also die Höhe des Glasspiegels über dem Düsenboden 7, bestimmt, das Steigen des Glasspiegels über eine bestimmte Höhe also selbsttätig vermieden. Das durch den Überlauf 13 auslaufende Glas kann dem Schmelzofen zusammen mit dem Gemenge wieder zugeführt werden, wobei es zur Einleitung des Schmelzvorganges dient, also den üblichen Zusatz von Glasscherben ganz oder zum Teil ersetzen kann. Die Ofenbeschickung ist zweckmäßig so zu führen, daß aus dem Überlauf 13 nur eine geringe Glasmenge fließt.

Im Boden 5 des Vorherdes 4 ist erfindungsgemäß ein Düsenkörper 6 von becher- oder schalenartiger Form so angebracht, daß er sich mit seinem Düsenboden 7 in die flüssige Glasmasse des Vorherdes 4 erstreckt, während der untere, mit einem Befestigungsflansch 8 versehene Rand von einem gußeisernen Rahmen 9 gehalten wird. Über dem Düsenboden 7, der mit einer großen Zahl feiner Öffnungen versehen ist, befindet sich nur eine geringe Flüssigkeitssäule von wenigen Millimetern oder einigen Zentimetern geschmolzener Glasmasse. Darüber ist der Brenner 10 angeordnet, dessen Flamme regelbar ist und mit dessen Hilfe die dünne Schicht der im Vorherd befindlichen Glasmasse unmittelbar über dem Düsenboden 7 schnell auf eine so hohe Temperatur erhitzt werden kann, daß die Zähigkeit der Glasmasse derart vermindert wird, daß sie leicht aus den Düsenöffnungen austritt. Gleichzeitig wird durch diese Anordnung erreicht, daß die Düsenplatte 7 selbst so heiß ist, daß auch in den Düsen noch die erforderliche Temperatur herrscht und der nötige Flüssigkeitsgrad der Glasmasse aufrechterhalten wird.

Unter der Düsenplatte 7 ist in an sich bekannter Weise ein Zerfaserungsgebläse 11 angeordnet, das die aus den Düsen der Platte 7 austretenden feinen Materialströme erfaßt und in einen Trichter 12 fördert, von wo aus die Fasern der weiteren Verarbeitung zugeführt werden können.

Da die Schicht der schmelzflüssigen Glasmasse im Vorherd 4 gering ist, die Düsen bzw. ihr die Bohrungen aufweisender Boden aus einem Stoff besteht, der sehr gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, und unmittelbar oberhalb der Düse ein feinstufig regelbarer Brenner angeordnet ist, kann die für das Ausfließen aus feinen Bohrungen erforderliche hohe Temperatur schnell und sicher erreicht werden. Des-

leichen ist die Unterbrechung des Betriebes schnell erreichbar, da durch Drosselung des Brenners 10

die auf dem Düsenboden 7 befindliche Schmelze schnell so weit abkühlt, daß der Ausfluß unterbrochen wird. In jedem Falle ist die geringe Dicke der schmelzflüssigen Schicht oberhalb des Düsenbodens 7 und die Lage dieser Schicht an der Schmelzbadoberfläche von größter Bedeutung und als das besondere Merkmal der Erfindung anzusehen. Durch Materialwahl, Formgebung und Anordnung ist die bislang erforderlich gewesene Beheizung der Düse überflüssig geworden und damit auch das Platin, das in erster Linie seiner leichten elektrischen Beheizbarkeit wegen als Düsenbaustoff Verwendung fand. Hohe Temperaturfestigkeit, eine weitere günstige Eigenschaft des Platins, besitzen andere Stoffe, insbesondere der gewählte keramische Stoff, in weit höherem Maße.

Von Bedeutung ist, daß bei der becher- oder schalenartigen Bauweise des Düsenkörpers 6, 7 die für eine genügende Lebensdauer des Vorherdbodens 5 erforderliche Wandstärke nicht vermindert zu werden braucht und trotzdem der Düsenboden 7 in das Schmelzbad hinein verlegt wird, und zwar in den heißesten Teil, der an der Oberfläche des Schmelzbades liegt.

Der Düsenkörper 6, 7 wird erfindungsgemäß aus einem hochhitzebeständigen keramischen Baustoff geringer Wandstärke und hoher chemischer Widerstandsfähigkeit hergestellt. Er ist im Vergleich zu Platindüsen wesentlich billiger und kann bei Verschleiß leicht ausgewechselt werden. Die Temperaturbeständigkeit des keramischen Düsenwerkstoffes liegt noch oberhalb derjenigen des Platins, und seine Wärmeleitfähigkeit ist so gut, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung des Düsenbodens 7 eine völlig gleichmäßige und hochgradige Erhitzung sichergestellt ist. Infolge der Anordnung des Düsenbodens 7 in der Glasschmelze erübrigt sich eine elektrische Beheizung, so daß diese Anordnung auch wirtschaftlicher ist. Von Bedeutung ist ferner, daß infolge der becher- oder schalenartigen Form des Düsenkörpers 6 das Zerfaserungsgebläse 11 unmittelbar unter der Düsenplatte 7 angeordnet werden kann, so daß es eine hohe Wirksamkeit entfaltet.
Als Baustoff für die Schmelzbehälter und den Vorherd können die üblichen in der Glasindustrie verwendeten feuerfesten Stoffe, wie Schamotte, verwendet werden. Für den Düsenkörper 6, 7 wird ein hochfeuerfester Stoff, wie kaolingebundener Korund, Siliciumcarbid, Magnesit, oder Oxyde der seltenen Erden oder schwer schmelzende Metalle, wie Wolfram, Vanadin od.dgl., gegebenenfalls im Gemisch miteinander, verwendet.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Glasschmelze so einzustellen, daß eine möglichst geringe chemische Einwirkung auf den Düsenkörperbaustoff erfolgt. So haben sich besonders verhältnismäßig leicht schmelzende alkaliarme Gläser bewährt, die bei ihrem späteren bestimmungsgemäßen Gebrauch den Vorteil aufweisen, daß sie durch Atmosphärilien, wie Wasser, praktisch nicht angegriffen werden. Die Leistungsfähigkeit der neuen Bauweise ist der unter Verwendung von Platindüsen mindestens gleichwertig, und die Betriebssicherheit und die Lebensdauer der Anlagen ist verhältnismäßig groß. An Stelle von Glas können auch andere thermoplastische Massen, wie Kunstharze, in der Vorrichtung nach der Erfindung verarbeitet werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus Glas oder anderen in der Wärme plastischen Massen, bestehend aus einem Schmelzbehälter mit einer Düsenplatte, vorzugsweise aus hochwärmebeständigem -und gegen den chemischen Angriff durch die flüssige Masse widerstandsfähigem keramischem Stoff, wie Korund, Siliciumcarbid, Magnesit od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper becherförmige oder ähnliche Gestalt hat und sich so in die flüssige Masse erstreckt, daß diese den Düsenkörper unterhalb der Düsen umgibt und der Düsenboden vorzugsweise in der Nähe der Oberfläche der flüssigen Masse (3) liegt, und daß, vorzugsweise unmittelbar, unter dem Düsenboden (7) eine Zerfaserungsvorrichtung (11) angeordnet ist, die mittels gasförmiger Druckmittel, wie Dampf, Preßluft od. dgl., betrieben wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstand der geschmolzenen Masse über dem Düsenboden (7) gering ist und nur einige Millimeter oder wenige Zentimeter beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (6,

7) aus Oxyden der seltenen Erden, z. B. des Zirkons, Thalliums, Lanthans, Thoriums oder Cers, besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der feuerfeste Stoff durch Koalin, Ton od. dgl. gebunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (6,

7) schwer schmelzende Metalle, wie Wolfram, Vanadin, Molybdän, Chrom, bzw. deren Verbindungen enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenboden (7) eine geringe Wandstärke von wenigen Millimeiern aufweist.

Angezogene Druckschriften:
österreichische Patentschrift Nr. 42 574;
britische Patentschriften Nr. 428 720, 481 690, 9345

USA.-Patentschriften Nr. 2 133 235, 2 190296; italienische Patentschrift Nr. 403 681;

schweizerische Patentschriften Nr. 190 077,
189, 218 012; französische Patentschriften Nr. 38 255, 674 379, 506, 822 336, 832 350, 840 237.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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