DE2200791A1 - Outlet nozzle for a melting furnace for the production of inorganic fibers - Google Patents
Outlet nozzle for a melting furnace for the production of inorganic fibersInfo
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Description
4 Düsseldorf, Schumannstraße 974 Düsseldorf, Schumannstrasse 97
The Carborundum Company 6. Januar 1972The Carborundum Company January 6, 1972
1625 Buffalo Avenue1625 Buffalo Avenue
Niagara Falls, New York, USANiagara Falls, New York, USA
Ausflußdüse für einen Schmelzofen zur Herstellung anorganischer PasernOutlet nozzle for a melting furnace for the production of inorganic fibers
Die Erfindung betrifft eine Ausflußdüse für einen Schmelzofen zur Herstellung anorganischer Fasern mit einer Ausströmöffnung für den kontinuierlichen Durchfluß von geschmolzenem feuerfesten Material bei hoher Temperatur.The invention relates to an outlet nozzle for a melting furnace for the production of inorganic fibers with an orifice for the continuous flow of molten refractory Material at high temperature.
Die Herstellung anorganischer Fasern aus geschmolzenem anorganischen Material kann auf zwei verschiedenen Wegen erfolgen. Bei einer Methode wird ein Strahl des geschmolzenen anorganischen Materials durch Auffallenlassen auf gegenläufige Walzen zu Pasern versponnen. Bei dem anderen Verfahren wird ein mit hoher Geschwindigkeit strömender, heißer Gasstrom,' z.B. ein Luftstrom, annähernd rechtwinklig gegen den Strom des geschmolzenen feuerfesten Materials gerichtet, wodurch viele kleine Kügelchen gebildet und diese zu Fasern auseinandergezogen werden. Es wurde gefunden, daß es für einen gegebenen Strahl von mit hoher Geschwindigkeit strömendem Gas eine Höchstmenge geschmolzenen feuerfesten Materials gibt, das zu Pasern umgewandelt werden kann. Wenn der Strom des geschmolzenen Materials zu groß ist, wird ein übermäßig hoher Anteil an nicht zerfasertem Material erzeugt, der die Qualität des Produktes verschlechtert. Eine zu große Ausflußöffnung ist daher unerwünscht, zumal der dieThe manufacture of inorganic fibers from molten inorganic Material can be done in two different ways. In one method, a jet of the molten inorganic is used Materials to be pasers by allowing them to fall on counter-rotating rollers spun. In the other method, a hot gas stream flowing at high speed, e.g. an air stream, directed approximately at right angles against the flow of molten refractory material, thereby forming many small spheres and these are pulled apart into fibers. It has been found that for a given jet of high velocity flowing gas gives a maximum amount of molten refractory material, which can be converted into fibers can. If the flow of molten material is too great, there will be an unduly high proportion of unfiberized material which degrades the quality of the product. Too large a discharge opening is therefore undesirable, especially since the
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Öffnung bildende Werkstoff in den meisten Fällen erodiert wird, wodurch die Öffnung noch erweitert wird. Andererseits darf die Arbeitstemperatur des geschmolzenen feuerfesten Materials normalerweise nicht wesentlich über der Erstarrungstemperatur liegen, damit eine zufriedenstellende Paserbildung erzielt wird. Wenn daher die Ausflußöffnung eng ist, neigt das geschmolzene feuerfeste Material dazu, in der Nähe der Öffnung zu erstarren und dort eine Ansammlung zu bilden; und je kleiner die Öffnung ist, um so leichter erstarrt das geschmolzene Material darin und verringert die Weite der Öffnung. Diese.Ansammlung von erstarrtem Material vermindert nicht nur die Durchflußgeschwindigkeit, sondern bewirkt auch eine Ablenkung des SchmelzStrahles, die die Zerfaserungsbehandlung stört. Derart erstarrtes Material muß daher periodisch von der Ausflußöffnung entfernt werden, und von Zeit zu Zeit muß der Öffnungsblock ausgewechselt werden. Leistungsfähigkeit und Produktivität der Anlage werden dadurch stark beeinträchtigt. Es ist daher allgemein üblich, in bezug auf den Durchmesser der Ausflußöffnung einen Kompromiß zu schließen mit dem Ergebnis, daß höchste Leistungsfähigkeit nicht erzielt wird.In most cases, the material forming the opening is eroded, thereby widening the opening. On the other hand, the The working temperature of the molten refractory material will normally not be significantly higher than the solidification temperature, so that a satisfactory paser formation is achieved. Therefore, when the orifice is narrow, the molten one tends refractory material to solidify near the opening and form a cluster there; and the smaller the opening is, the easier it is for the molten material therein to solidify and reduce the width of the opening. This accumulation of frozen Material not only reduces the flow rate, but also causes a deflection of the melt jet, which interferes with the fiberisation treatment. Material that has solidified in this way must therefore be removed periodically from the outlet opening, and from time to time the orifice block must be replaced. This increases the efficiency and productivity of the system severely impaired. It is therefore common practice to compromise the diameter of the orifice conclude with the result that maximum efficiency is not achieved.
Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen.The object of the invention is to eliminate this disadvantage.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem Schmelzofen oberhalb der Ausströmöffnung ein Düsenblock mit einem Durchflußkanal angebracht ist, der sich in Flucht mit der Ausströmöffnung befindet und dessen Einströmseite mit dem geschmolzenen feuerfesten Material in dem Schmelzofen in Berührung steht, wobei der Düsenblock eine um die Einströmseite des Durchflußkanals gebildete Ausnehmung aufweist, in der ein Einsatz aus hartem, verschleißbeständigem und bei Temperaturen oberhalb der erwähnten hohen Temperatur hitzebeständig«! MetallAccording to the invention, this object is achieved in that a nozzle block with a nozzle block above the outflow opening in the melting furnace a flow channel is attached, which is in alignment with the outflow opening and its inflow side with the molten one refractory material is in contact in the melting furnace, the nozzle block one around the inflow side of the Flow channel has formed recess in which an insert made of hard, wear-resistant and at temperatures heat-resistant above the high temperature mentioned «! metal
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mit einer öffnung angeordnet ist, die sieh in Flucht mit dem Durchflußkanal und der Ausströmöffnung befindet.is arranged with an opening that looks in alignment with the Flow channel and the discharge opening is located.
Der Düsenblock kann zweckmäßigerweise aus Graphit oder Bornitrid gefertigt sein, und der Einsatz kann aus Wolfram, Molybdän oder Niob bestehen. Da diese Metalle bei Temperaturen, die zum Erschmelzen des feuerfesten Materials bei dem Faserherstellungsprozeß angewandt werden, nicht erodieren, kann der Einsatz mit einer Düsenöffnung von optimalem Durchmesser zum Abzug des geschmolzenen feuerfesten Materials aus dem Ofen mit einer für den Faserbildungsvorgang optimalen Durchflußgeschwindigkeit versehen sein.The nozzle block can expediently be made of graphite or boron nitride, and the insert can be made of tungsten, molybdenum or Niobium exist. Because these metals are at temperatures that melt of the refractory material are used in the fiber production process, do not erode, the insert can a nozzle opening of optimal diameter for drawing off the molten refractory material from the furnace with one for the Fiber formation process be provided optimal flow rate.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:The invention is described in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Schmelzofens, der mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgerüstet ist; und Fig. 1 is a side view, partly in section, of one Melting furnace equipped with a preferred embodiment of the invention; and
Fig. 2 einen vergrößerten vertikalen Querschnitt längs der Ebene 2-2 in Fig. 1, der den Düsenblock und den Einsatz gemäß vorliegender Erfindung veranschaulicht.Fig. 2 is an enlarged vertical cross-section taken along the plane 2-2 in Fig. 1 showing the nozzle block and insert illustrated in accordance with the present invention.
In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Ausflußdüse gemäß der Erfindung in einem oben offenen Lichtbogen-Büttenkippofen 10 mit einem Vorherd 12 eingebaut, der mit dem Ofen verbunden ist und sich nach außen erstreckt. In dem Ofen wird anorganisches feuerfestes Material geeigneter Zusammensetzung, meist ein Gemisch von Quarz und Tonerde, durch einen elektrischen Lichtbogen geschmolzen, der zwischen zwei vertikal herabhängenden Elektroden 14 erzeugt wird, die mit Hilfe geeigneter Einrichtungen (nicht dargestellt) oberhalb des Ofens 10 befestigtIn Fig. 1, a preferred embodiment of the discharge nozzle according to the invention is in an open-topped arc tilt furnace 10 installed with a forehearth 12 connected to the furnace and extending outward. Will be in the oven inorganic refractory material of suitable composition, usually a mixture of quartz and alumina, by means of an electric Melted arc, which is generated between two vertically depending electrodes 14, which with the help of suitable Means (not shown) attached above the furnace 10
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sind, so daß ein Schmelzbad 16 gebildet wird. Erstarrtes feuerfestes Material 18 unter dem Schmelzbad 16 dient als thermische und elektrische Isolierung für den Ofen 10 und den Vorherd 12.are so that a molten pool 16 is formed. Solidified refractory Material 18 under the molten bath 16 serves as thermal and electrical insulation for the furnace 10 and the forehearth 12.
Zum Abzug des geschmolzenen Materials aus dem Schmelzbad 16, das sich bis in den Vorherd 12 erstreckt, ist im Boden des letzteren eine öffnung 24 vorgesehen. Ein DUsenverankerungsblock 26 ist auf dem Boden des Vorherdes 12 aufgesetzt und weist eine öffnung 28 auf, deren Durchmesser kleiner als derjenige der öffnung 24 und im wesentlichen koaxial zu dieser ausgerichtet ist. In der oberen Fläche des Verankerungsblockes 26 ist um die öffnung 28 eine Ausnehmung 30 zur Aufnahme des Unterteils 32 eines Düsenblockes 34 eingeformt. Der DUsenblock ~$k, der von verschiedener Form sein kann, weist einen Durchflußkanal 36 auf, der sich in Flucht mit den öffnungen 24 und 28 befindet und dessen Einströmseite am oberen Ende in Verbindung mit dem Innern des Vorherdes 12 steht. Vorzugsweise hat die Wand 36 des Durchflußkanals 35 die Form eines Kegelstumpfes, der sich in der von der öffnung 24 wegführenden Richtung verjüngt. Der Durchflußkanal 35 erweitert sich daher in Abwärtsrichtung nach außen, wie am besten aus Fig. 2 zu erkennen, und bietet daher einen ausreichenden freien Raum für den Strahl des geschmolzenen Materials, wenn der Ofen 10 zum Gießen gekippt wird. Die Außenwandfläche 38 des Blockes 34 läuft an ihrem unteren Ende in einen Flansch 40 aus, dessen Unterseite in der Ausnehmung 30 des Verankerungsblockes sitzt.To draw off the molten material from the molten bath 16, which extends into the forehearth 12, an opening 24 is provided in the bottom of the latter. A nozzle anchoring block 26 is placed on the bottom of the forehearth 12 and has an opening 28, the diameter of which is smaller than that of the opening 24 and is oriented essentially coaxially to it. In the upper surface of the anchoring block 26, a recess 30 for receiving the lower part 32 of a nozzle block 34 is formed around the opening 28. The nozzle block ~ $ k, which can be of various shapes, has a throughflow channel 36 which is in alignment with the openings 24 and 28 and whose inflow side is in communication at the upper end with the interior of the forehearth 12. The wall 36 of the flow channel 35 preferably has the shape of a truncated cone which tapers in the direction leading away from the opening 24. The flow channel 35 therefore widens outwardly in a downward direction, as best seen in FIG. 2, and therefore provides sufficient free space for the jet of molten material when the furnace 10 is tilted for casting. The outer wall surface 38 of the block 34 terminates at its lower end in a flange 40, the underside of which sits in the recess 30 of the anchoring block.
Der Düsenblock 34 ist aus einem geeigneten feuerfesten Material, wie Graphit oder Bornitrid, gefertigt. Diese Werkstoffe sind zwar gegen die hohe Temperatur, der sie ausgesetzt sind, beständig, können aber nicht zur Herstellung einer Düse verwendet werden, da sie verhältnismäßig leicht erodiert werden und die DUsenöffnung sich dann vergrößert.The nozzle block 34 is made of a suitable refractory material, such as graphite or boron nitride. Although these materials are resistant to the high temperatures to which they are exposed, but can not be used to manufacture a nozzle, since they are relatively easily eroded and the The opening is then enlarged.
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Erfindungsgemäß ist deshalb, wie aus Fig. 2 ersichtlich, zur Regulierung der Abzugsgeschwindigkeit des geschmolzenen Materials aus dem Schmelzbad 16 im Ofen 10 in einer Ausnehmung 46 am oberen Ende des Düsenblockes J54 und konzentrisch zu demselben ein Einsatz 42 eingebaut, der scheibenförmig ausgebildet und mit einer kreisförmigen öffnung 44 versehen ist. Der scheibenförmige Einsatz 42 ist aus einem harten, verschleiß- und hitzebeständigen Metall geformt, das einen Schmelzpunkt hat, der beträchtlich über dem Schmelzpunkt des anorganischen feuerfesten Materials in dem Ofen liegt. Wolfram wird als hitzebeständiges Metall bevorzugt, doch können auch Molybdän und Niob verwendet werden. Obwohl das hohe spezifische Gewicht dieser Metalle den Einsatz in der Regel an seinem Platz festhält, können, falls gewünscht, geeignete Befestigungsmaßnahmen, wie Schraubgewinde, vorgesehen werden. Da der Werkstoff, aus dem der Einsatz 42 gefertigt ist, beständig ist und bei den Temperaturen, die zum Erschmelzen und Flüssighalten des feuerfesten Materials erforderlich sind, nicht erodiert, kann die Düsenöffnung 44 genau auf die Größe gebohrt werden, die für eine optimale Abzugsgeschwindigkeit des geschmolzenen feuerfesten Materials zur Erzielung einer maximalen Ausbeute an Faserprodukt zweckmäßig ist. Die gewünschte Größe kann von 6,25 mm bis 14,5 mm Durchmesser reichen, je nach der zur Faserherstellung verwendeten Methode und der Größe der zugehörigen Anlage. Der Einsatz 42 wird zweckmäßigerweise kreisrund ausgebildet, kann aber Jede Form und verschiedene Außenabmessungen je nach der Form der Ausnehmung 46 haben.According to the invention, therefore, as can be seen from FIG. 2, for Regulation of the withdrawal speed of the molten material from the molten bath 16 in the furnace 10 in a recess 46 at the top End of the nozzle block J54 and concentric to it an insert 42 built in, which is disk-shaped and provided with a circular opening 44. The disc-shaped insert 42 is formed from a hard, wear and heat resistant metal that has a melting point that is considerable is above the melting point of the inorganic refractory material in the furnace. Tungsten is preferred as a heat-resistant metal, however, molybdenum and niobium can also be used. Although the high specific gravity of these metals makes use of them usually holds in place, suitable fastening measures, such as screw threads, can be provided if desired will. Since the material from which the insert 42 is made is resistant and at the temperatures that lead to melting and Required to keep the refractory material liquid, not eroded, the nozzle orifice 44 can be drilled to size that are necessary for an optimal withdrawal speed of the molten refractory material to achieve a maximum yield of fiber product is appropriate. The desired size can range from 6.25mm to 14.5mm in diameter, depending on the used Fiber production method used and the size of the associated facility. The insert 42 is expediently made circular, but can have any shape and different external dimensions depending on the shape of the recess 46.
Bei der Anwendung wird geeignetes feuerfestes Material in dem Ofen 10 durch Zufuhr von elektrischem Strom zu den Heizelektroden 14 geschmolzen. Zusätzliche Heizelektroden 48 erstrecken sich von einer Tragvorrichtung (nicht dargestellt) in das geschmolzene feuerfeste Material 16 in dem Vorherd 12, so daß das geschmolzeneIn use, suitable refractory material is placed in furnace 10 by supplying electrical current to the heating electrodes 14 melted. Additional heating electrodes 48 extend from a support (not shown) into the melt Refractory material 16 in the forehearth 12, so that the molten
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feuerfeste Material in der der Düsenöffnung 44 benachbarten Zone kurz vor dem Durchfluß durch die Düsenöffnung erhitzt werden kann. Zur Regelung des den Elektroden 48 zugeführten Stromes sind Einrichtungen (nicht dargestellt) vorgesehen, mit deren Hilfe die Temperatur des geschmolzenen feuerfesten Materials kurz vor dem Eintritt in die Düsenöffnung 44 so geregelt werden kann, daß die Temperatur des geschmolzenen Materials nach dem Durchgang durch die Düsenöffnung zur Faserherstellung geeignet ist. Die Mindesttemperatur beträgt etwa 1725°C, doch können Temperaturen bis 21000C angewandt werden, je nach der Größe der Anlage und anderen Betriebsfaktoren.refractory material in the zone adjacent the nozzle opening 44 can be heated just prior to flow through the nozzle opening. Means (not shown) are provided to regulate the current supplied to electrodes 48 by means of which the temperature of the molten refractory material just before it enters the nozzle opening 44 can be controlled so that the temperature of the molten material after it has passed through the nozzle opening is suitable for fiber production. The minimum temperature is about 1725 ° C, but temperatures can be applied to 2100 0 C, depending on the size of other operating factors of the system and.
Bei der dargestellten Einrichtung wird das geschmolzene feuerfeste Material durch die Düsenöffnung 44 als ein Strahl 50 abgezogen, der durch sein Eigengewicht vertikal genau vor einer Düse 52 in den Weg eines aus dieser Düse austretenden Gasstrahls 54 fällt. Die Bahn des Strahls von geschmolzenem feuerfesten Material wird durch den Gasstrahl um 90° umgelenkt^ und der Strahl selbst in zahlreiche kleine Kügelohen oder Tröpfchen zerstäubt, die dann zu Pasern auseinandergezogen werden.In the device shown, the molten refractory becomes Material drawn off through the nozzle opening 44 as a jet 50, which by its own weight vertically exactly in front of a nozzle 52 in the path of a gas jet 54 emerging from this nozzle falls. The path of the jet of molten refractory material is deflected by 90 ° by the gas jet ^ and the jet even atomized into numerous small globules or droplets, which are then pulled apart to form ribbons.
Als Ergebnis der vorliegenden Erfindung wird ein Einsatz mit einer Düsenöffnung zur Regelung der Abzugsgeschwindigkeit eines Strahls von geschmolzenem feuerfesten Material vorgeschlagen. Da der Werkstoff des Einsatzes bei den Temperaturen, die zum Erschmelzen des feuerfesten Materials erforderlich sind, nicht erodiert, kann die Größe der Düsenöffnung genaufso dimensioniert werden, daß ein optimaler Abzug des geschmolzenen Materials zur Erzielung einer maximalen Ausbeute an Faserprodukt möglich ist.As a result of the present invention, an insert with a nozzle opening for regulating the withdrawal speed of a Proposed jet of molten refractory material. Since the material of the insert at the temperatures that Melting of the refractory material is required, not eroded, the size of the nozzle opening can be precisely dimensioned that an optimal withdrawal of the molten material to achieve a maximum yield of fiber product is possible.
Patentansprüche:Patent claims:
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