專利名稱：生產(chǎn)礦物棉的方法和以該法生產(chǎn)的礦物棉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)礦物棉的方法，這種礦物棉是由具高熔點或高液相線溫度的熱塑性礦物材料組成。更精確地說，該方法是利用一種通常稱為內(nèi)離心法對熔融礦物材料使之纖維化。而熱塑性材料更確切說是玄武巖材料，天然的或改性的玄武巖，或是鋼鐵工業(yè)中的副產(chǎn)物，尤其是高爐爐渣(熔渣)。一般說來，本發(fā)明適用于礦物棉，即通常所說的石絨的產(chǎn)生，它們有廣泛的使用范圍，特別是在熱絕緣和聲絕緣領(lǐng)域中。選用這些材料一是由于它們的低成本，另外是由于它們的性能特別是良好的耐高溫性能，然而，在它們的生產(chǎn)中卻有一些問題，這些問題特別來自于這些材料可加工的條件。
材料高的熔化溫度本身就產(chǎn)生了一個困難，熔化溫度是指原材料受熱到保證熔融所必需升至的溫度，并且在生產(chǎn)條件下，為了流過纖維裝置該原材料必須保持在這溫度以上。
特別是將這些材料與生產(chǎn)玻璃棉中用得最多的一些玻璃辨別開來的另一個特征是，在很接近其液相線溫度時通常具有高的流動性。
也是由于需要高溫與這些要被纖維化的材料接觸的設(shè)備受到非常強烈的腐蝕，這些設(shè)備即使與普通的玻璃接觸，其使用壽命也存在問題。對具有高液相線溫度的材料，這問題就更嚴重。
在過去，上述困難表明，對所述材料只有某一些纖維化技術(shù)才能夠應用，主要有兩種技術(shù)一種是利用離心即旋轉(zhuǎn)拋出熔融礦物材料的方法，另一種是將材料通過一個固定的噴嘴，再利用常加速到超音速的氣流使之變細成纖維(鼓風拉絲法)。
對于應用固定噴嘴的技術(shù)，就需要使用能耐熔融礦物材料侵蝕的噴嘴，傳統(tǒng)也是用鉑噴嘴，它能承受甚至在此高溫下的侵蝕。然而每一只噴嘴的生產(chǎn)能力是有限的。還有，使用的這種拉細氣流，能量費用就相當高。
應用離心即旋轉(zhuǎn)拋出的技術(shù)，每套設(shè)備則有較大的產(chǎn)量。為了表明熔融礦物材料是保持在離心器的外面，這些技術(shù)可用通用術(shù)語“外離心法”來概括。熔融礦物材料可加于一個圓盤的前表面，也可加于一個圓柱形的轉(zhuǎn)子的周邊表面，或者好幾個上述裝置的表面。這些技術(shù)的一個優(yōu)點是，與熔融礦物材料接觸的設(shè)備的部件簡單。就這種相對簡單而言，上述部件特別是離心輪比較便宜，因而就可承受在相對較短的時間內(nèi)予以調(diào)換。這些材料的成本在總生產(chǎn)成本中占有較低的比例。因而這些設(shè)備部件與熔融礦物材料接觸時遭到強列蝕耗，并不會構(gòu)成一種障礙。
利用外離心法生產(chǎn)礦物棉的主要缺點是，它的最終產(chǎn)品的性能低于用“內(nèi)離心法”生產(chǎn)的玻璃棉的性能。
在外離心法中，材料流入一些離心輪中，然后以許許多多的微滴被拋出離心輪。液滴一旦被拋出，就被拉伸，明顯地形成纖維。顯然，根據(jù)這種纖維形成機理，離心拋出的材料中有相當大部分仍為未纖維化顆粒的形狀，大小超過100μm的顆粒，其重量比例可高到喂入該過程材料的40%。雖然有幾種方法可用來分離這些未纖維化的顆粒，但是礦物棉成品決不會完全不含這種顆粒，這些顆粒在礦物棉的具體使用中至少是沒有用處的，而對一些特定用途卻頗不利。
應該指出，液滴的生成不僅是外離心法的必然結(jié)果，而且也和所用材料的流變性質(zhì)有關(guān)。根據(jù)本發(fā)明加工的材料只要稍高于液相線溫度時通常就具有相當?shù)偷恼扯?。流動性相當好的熔融礦物材料難以纖維化，因為絲有容易斷裂形成液滴或小珠的傾向。外離心法在某程度上就依靠這種傾向，然而并沒有消除它的缺點。
本發(fā)明的一個主要目的是提供一種以具有高的液相線溫度和低粘度(例如在液相線溫度時粘度低于5000泊，而多數(shù)是低于3000泊，甚至低于100泊)的材料生產(chǎn)礦物棉的過程，而過程的條件使得可以獲得含纖維化顆粒很少的礦物棉。
同時為符合經(jīng)濟要求，本發(fā)明的技術(shù)必須保證所用的設(shè)備有足夠長的使用壽命，因而可以取代迄今使用的方法。
通過本發(fā)明業(yè)已表明，用液相線溫度高特別是高于1200℃的材料生產(chǎn)礦物棉是可能的。其方法是當熔融礦物材料中所有晶核已被破壞以后，令熔融礦物材料流進離心器(它們周邊壁上具有許多小孔徑的噴絲孔)，利用旋轉(zhuǎn)時離心力將熔融礦物材料拋出。運轉(zhuǎn)期間離心器的溫度保持在這樣的溫度范圍，其下限為材料在過冷狀態(tài)結(jié)晶的溫度所限定，上限為熔融礦物材料的粘度是100泊的溫度所限定。
上面的敘述中，“運轉(zhuǎn)期間”這一詞應指不包括過渡的開始的或停止的階段，或者更一般地說不包括熔融礦物材料的流量不恒定的任何階段。離心器的溫度是與纖維化時的熔融礦物材料處于任何接觸位置的溫度，具體是指沿離心器周邊壁的整個高度，以及增強壁的某些部分，或增強壁和上增強壁的溫度。至于離心器的底壁即形狀象一只籃子或杯子的分配裝置(除了另外的目的外，也用作底壁)，在那里僅須考慮下限，因為如果在材料到達離心器高度以前對材料進行冷卻作為彌補，則很低的粘度是可以接受的。不言自明的是，可以認為在離心器內(nèi)材料的溫度，更具體的說是從噴絲孔噴射出的那個點的溫度就是離心器溫度。因此特別正是這個溫度與阻塞噴絲孔的問題有關(guān)，尤其是如果材料會析晶的話。上面的敘述中也還提到兩個決定熔融礦物材料特征的溫度一個是液相線溫度，另一個是在過冷狀態(tài)的結(jié)晶溫度。液相線溫度是熱平衡的一個值，它對應于處在平衡時結(jié)晶檢測不的最低溫度。為了確定這種溫度，將一份經(jīng)粉碎的材料試樣加熱到測量溫度，保持一段時間足以產(chǎn)生平衡狀態(tài)(例如，實際上是16小時)。然后從爐中取出試樣，淬冷至環(huán)境溫度，研磨成細屑，在顯微鏡下檢測。液態(tài)溫度就對應于在沒有發(fā)出結(jié)晶的較高溫度范圍和可以觀察出結(jié)晶的較低溫度范圍之間的界限溫度?！耙簯B(tài)溫度”這個詞本身是指可觀察到最初一些結(jié)晶物質(zhì)出現(xiàn)的最高溫度。更加具體些說，對每種結(jié)晶物質(zhì)的出現(xiàn)能測量其對應的液相線溫度，或者至少對在高溫時與本發(fā)明范圍有關(guān)的主要的結(jié)晶物質(zhì)測量其液相線溫度。
而在過冷狀態(tài)的結(jié)晶溫度則不對應于真正的熱平衡，而是定義了一個參數(shù)，它是在相當接近于纖維化時所遇到的條件下測量的，正由于這個緣故，就特別有意義。
在過冷狀態(tài)的結(jié)晶溫度表征著在冷卻階段之初就消除了所有晶核的材料熔體當冷卻下來所發(fā)生的情況。在這樣的條件下，對大多數(shù)情況在液相線溫度以下的某一溫度可以觀察到結(jié)晶形成。
為了提到完全除去所有晶核的這樣的材料，需要將熔融材料升至一高溫度維持足夠長的時間。最短的處理時間取決于進行這種處理所選用的溫度。在實際條件下，這個時間必須要長到所有晶體在處理溫度時能重新溶解那些在較低溫度時已經(jīng)迅速形成的晶體所需的時間。處理的溫度愈高，處理所需的時間愈短。如果纖維化過程是在熔融以后立即進行，此熔融溫度可能高得足以消除所有的晶核，因為所用的巖石材料是顏色相當深的，它具有一種與黑體基本相同的性質(zhì)，而黑體為了熔化是需要過熱的。另外，特別當纖維化過程用的是玻璃碎料，或者是熔融進行得非常迅速，例如用感應加熱法時，就可能需要額外的處理。這種情況下，可以將材料加熱到TSD溫度(上析晶溫度)至少30分鐘處理之，該溫度對應于30分鐘內(nèi)完全熔化掉先前生成的晶體。
在過冷狀態(tài)的結(jié)晶溫度并不是指得以生成的初始晶核為一種都可消除的那種程度的一個熱平衡值。在較短的處理時間情況下，在過冷狀態(tài)的結(jié)晶溫度逐漸增加，使在該溫度時材料的處理時間被延長。當用較長的處理時間，典型地是若長過2小時，過冷溫度就穩(wěn)定了，就與處理時間無關(guān)，這已為16小時和65小時的測量所證實。正如液相線溫度的情況，在過冷狀態(tài)的結(jié)晶溫度也可隨結(jié)晶出來的物質(zhì)而不一樣，“過冷溫度”這一詞是指按那一種物質(zhì)最高的“穩(wěn)定化”的過冷溫度。
在過冷狀態(tài)的結(jié)晶溫度與液相線溫度的值可能有非常大的差別，此液相線溫度明顯地低。對某些材料相差可達100℃。然而這一點首先對下述情況是特別有意義的，即在液相線溫度和過冷狀態(tài)的結(jié)晶溫度之間進行操作時，熔融礦物材料在離心器中不會固化，即在長時期工業(yè)生產(chǎn)條件下離心器噴絲孔也不會發(fā)生阻塞。
對傳統(tǒng)的玻璃質(zhì)組合物，類似的觀察本已有報導，這些組合物以含高含量二氧化硅和堿金屬為特征，而且其結(jié)晶速度是可很好測量的。但對本發(fā)明的材料，出現(xiàn)這一現(xiàn)象是頗為意外的，因為已知這里所涉及的材料結(jié)晶極端迅速，因此實際上不可能測量其結(jié)晶速度。這在利用內(nèi)離心法進行纖維化的過程中是更為嚴重的問題，因為此時必須考慮到，即使熔融礦物材料在離心器內(nèi)的平均逗留時間是非常的短，但不排除在離心器的某些地方停留時間卻是長的，在工業(yè)生產(chǎn)條件下尤其如此。
回到本發(fā)明更一般的要旨，將過冷狀態(tài)的結(jié)晶溫度作為溫度下限的第一個后果就是可在低于液相線溫度情況下進行操作。我們已指出，本發(fā)明范圍內(nèi)所用的熔融礦物材料的液相線溫度通常在1200℃以上。然而，對傳統(tǒng)地用于絕緣玻璃纖維工業(yè)的合金材料，在離心器持久操作時其溫度極限范圍在1000-1100℃，對通常稱為ODS(“氧化物彌散增強”的縮寫)的彌散增強合金金屬或陶瓷材料，溫度極限范圍在1200℃-1400℃。因此液相線溫度的值是接近于這些操作極限溫度的，同時不難看出可以在較低溫度條件下操作，特別是從離心器使用壽命的觀點以及有可能為離心器不那么耐熱但具有更佳機械性能的合金材料所帶來的好處。
再者，上面已經(jīng)指出，對一給定材料利用內(nèi)離心法纖維化的可能性不完全是由于該離心器的特性所決定，而首先是由材料的流變特性所決定的。為了使材料纖維化，非常必需的是材料在離心器內(nèi)不會結(jié)晶，同時它應有一個適于被拉細成纖維的粘度。一般知道在80000泊以上粘滯性對拉細纖維就成為一種實際上難以逾越的障礙，至少在工業(yè)生產(chǎn)條件下是如此。但對于在其液相線溫度時粘度低于5000泊，甚至低于1000/2000泊的本發(fā)明范圍所考慮的材料，實際上在80000泊已不能采用，因為這時材料從一個低得多的粘度突然轉(zhuǎn)變到無限大的數(shù)值。在這種情況下，粘度的上限乃是材料的粘度μ仍然遵守所謂Vogel-Fulcher-Tammann方程式的最低溫度所對應的溫度，該方程式為lgμ＝A+ (B)/(T-C)T是以℃表示的溫度，A，B，和C是與涉及材料有關(guān)的常數(shù)，從這些材料的μ和T的三對測量值顯然可以算出這三個常數(shù)。在大多數(shù)情況下，須考慮的這個上限實際是在3500泊或3000泊的范圍內(nèi)(即lgμ的值在3.47和3.54之間;因此下面將給出相應于lgμ＝3.5的溫度)。此外，粘度超過3000/3500泊就使材料通過紡絲器噴絲孔不好辦了。
另外，在拉細成纖維的時刻，材料的流動性不可過大。在100泊(lgμ＝2)以下，有時甚至實驗上發(fā)現(xiàn)在200-300/350泊(lgμ＝2.3至lgμ＝2.5)以下，熔融礦物材料將形成微滴，最好以小玻璃球形式存在于產(chǎn)品內(nèi)。本發(fā)明的實驗中，對粘度在約100泊時觀察到小珠的比例低于10%(重量)，粘度超過300/350泊，小珠的比例低于5%(重量)。必須指出，對于本發(fā)明100泊這個下限是比較高的，它是表征著本發(fā)明的用外離心法，材料是在粘度低到幾十泊情況下成形的，上面已提到，此時生成了大量的小珠。許多巖石類型的材料在它們的液相線溫度時，粘度在極限值100/320(350)之下;要是人們?nèi)缤ǔＲ粯訉⒁合嗑€溫度作為纖維化的最低溫度，那么這些材料就無法成為纖維了。而本發(fā)明則可以在低得多的溫度操作，因而在合適的粘度范圍操作。
材料分開成液滴的上述問題和由此要求的100/300(350)泊的極限，不僅應用于材料通過離心器噴絲孔的瞬間，而且也用于發(fā)生在離心器外拉細成纖維的整個期間。還必須注意到離心器不應在一個非常熱的氛圍中，因為若如此，材料的粘度將會過多的降低。
本發(fā)明的內(nèi)容之一是適合于利用內(nèi)離心法進行纖維化的一些組合物。符合本發(fā)明標準的組合物應具有高于1200℃的液相線溫度，且在該溫度時粘度在5000泊或甚至3000泊和2000泊以下，其對應于粘度100泊的溫度和過冷狀態(tài)的結(jié)晶溫度之差至少要為50℃。至少差50℃這個安全限度可以補償離心器的平衡溫度不可避免的變化。符合粘度約為320泊的溫度和過冷狀態(tài)的結(jié)晶化之間至少差50℃的那些組合物是特別適用的。而且，如上所要求的溫度范圍是處于較低值(例如低于1350℃，最好甚至低于1300℃)的組合物也是適用的，這是由于離心器材料耐高溫的問題。符合上述要求的組合物是典型的所謂巖石組合物，它來自一種或可能來自幾種天然礦物，并且不含或者至少實際上不含有添加物，特別是不含堿質(zhì)添加物。
為了保持離心器溫度在這些極限值之間，必須對離心器加熱，即使熔融礦物材料已有很可觀的熱量，為此目的采用了各種結(jié)合使用的加熱裝置。在離心器外部，加熱裝置具體地就是一個環(huán)狀的外燃燒器，最好還有內(nèi)燃燒的作用并在離心器周邊壁的上部產(chǎn)生一個高溫度的環(huán)狀氣流。最好熱氣流的方向是使它不僅沿著離心器的周邊壁，而且使得它能完全覆蓋住連接區(qū)即“喇叭”的一部分，該喇叭是將周邊與凸緣連接的，凸緣是用來將離心器固定在其支撐軸上(在無底離心器情況下)，或者用來將離心器與上增強套環(huán)相連(在其底壁傳動離心器的情況下)。為使熱氣流覆蓋這些部件是為了也加熱這些部件。
為此目的，也可以使用一些其火焰指向連接區(qū)即“喇叭”的增補燃燒器。另一個解決辦法是在距離心器周邊壁的上部較大距離處安裝外燃燒器，以使氣流在接近離心器和到達“喇叭”的有關(guān)部位以前已有一些擴張。但上述距離要保持較小，以維持沖擊氣流的精確性。按本發(fā)明的又一種變通方法，可以使用一個環(huán)狀外燃燒器，它的通道內(nèi)壁的直徑比離心器外徑要小。在這種情況下，例如可以準備這樣一種燃燒器，它具有幾個加長的傾斜排放唇，用來為喇叭形的熱氣流定界。并且在離心器外面，裝有一個帶環(huán)狀磁體的感應加熱器，通以高頻最好是中高頻的電流。如本身就知道的那樣，這環(huán)狀磁鐵可以直接安裝在離心器的下方，并與離心器同心。聯(lián)合使用這兩種加熱裝置主要可有助于離心器達到熱平衡。
必須注意，這些加熱裝置裝得距離心器越近，其效率就越高，外燃燒器主要加熱離心器的上部，而環(huán)狀磁鐵則加熱離心器的底部。因為已以發(fā)現(xiàn)只加熱離心器周邊壁的上部而不加熱所有其它鄰近的特別是被熱氣流所包圍的金屬部件是非常困難的。所述的這種雙重加熱系統(tǒng)就可以避免技術(shù)上的一些問題。
這些加熱裝置又一個主要的差別是它們對離心器附近氣體溫度的影響不同。感應加熱器在這方面沒有實際上的影響，除了輻射少量的熱以外，不會使氛圍的溫度升高。而環(huán)狀的外燃燒器還是對氖圍有很大的加熱作用，雖然由于離心器的旋轉(zhuǎn)運動和環(huán)狀氣流的高速度所吸入的二次空氣反過來抑制了熱量由環(huán)狀外燃燒器進入氛圍中。為了獲得最佳的纖維質(zhì)量特別是在其機械強度方面，熔體從離心器噴出后立即暴露于過熱的氛圍中是不利的。因此，最好要限制從環(huán)狀外燃燒器排出氣體的溫度。
從操作溫度要高這一觀點看，外加熱裝置可能不足以維持離心器的熱平衡，在離心器內(nèi)部附加加熱裝置可以彌補這一缺陷。獲得這種熱量補充最好是與離心器支撐軸同心地安裝一個發(fā)散型內(nèi)燃燒器，它的火焰指向周邊器壁的內(nèi)側(cè)。最好是將燃燒/空氣之比調(diào)節(jié)到使火焰的底部靠近內(nèi)壁。在“喇叭”的內(nèi)壁上裝有一定數(shù)目的作為火焰阻留裝置的突起物，這是更有益的。在連續(xù)生產(chǎn)中，這個發(fā)散型內(nèi)燃燒器最好是供給熱量輸入的3和15%，至于這個熱量它不是從熔融礦物材料本身得到的。這個熱量輸入所占的份額似乎不甚顯著，但是在其所輸入的部位方面是非常精確的，因而是非常有效的。
在纖維成形期間應用這個發(fā)散型內(nèi)燃燒器，對二個現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中已知的中央內(nèi)燃燒器起著有益的補充作用?？墒窃诂F(xiàn)有技術(shù)中，只是在操作的開始階段才使用它，并且原則上是主要用來加熱離心器的底壁-或用作底壁的分配裝置(通常稱為“杯子”)，或者更通常是加熱離心器的中心區(qū)域。在加入熔融礦物材料之前，中央內(nèi)燃燒器予熱此杯子或底壁。而根據(jù)本發(fā)明，這個中央燃燒器最好是選用一種發(fā)出會聚火焰的環(huán)狀燃燒器，安裝在離心器支撐軸和發(fā)散型中央內(nèi)燃燒器之間。
在操作的起始階段，很明白的是使用外加熱裝置，如果需要，甚至火焰噴槍或類似的裝置都可用作輔助加熱器。在關(guān)鍵性的起始階段，此時熔融礦物材料的熱量尚不存在，當然也使用發(fā)散型內(nèi)燃燒器。
因為在某種情況下所處理的材料比通常用內(nèi)離心法處理的玻璃的粘度低，就需要相應地選擇各個噴絲孔的尺寸以調(diào)節(jié)每一離心器噴絲孔的生產(chǎn)能力。對粘度在1000泊左右的玻璃，為了保持每個噴絲孔每天約1kg的生產(chǎn)量，噴絲孔直徑通常在0.7mm和1.2mm之間。對本發(fā)明的材料，最好是采用噴絲孔直徑在0.15mm和0.7mm之間的離心器，特別好是在0.15mm和0.4mm之間。
按本發(fā)明進行處理所用的離心器最好用以耐熱合金或陶瓷材料為基礎(chǔ)的?？捎玫牟牧鲜钦w的陶瓷材料，特別是RBSN類型的氮化硅(利用硅粉末在氮氯氛中藉反應性燒結(jié)得到的反應燒結(jié)氮化硅)，可以是Si3N4或SIALON型，例如，下面以重量百分數(shù)表示的化學組成-Si49.4%(重量)-Al4.2%(重量)-Y7.25%(重量)-O4.0%(重量)-N35.0%(重量)-Fe＜2000ppm-Ca+Mg＜1000ppm其他的氮化硅也能應用。例如利用燒結(jié)可以得到部件。這種制造過程還可以得到形狀較復雜的部件，并能制造噴絲孔。制造噴絲孔時，從一開始就利用棒作為模芯，而棒是在噴絲孔部件形成以后浸出去除之。噴絲孔的口徑最終再用金剛鉆工具加工。最好使用的無孔隙陶瓷材料，其實際密度應盡可能接近它們的理論最大密度，這樣部件就不容易被腐蝕。這種材料在溫度達1300℃左右都能應用。
本發(fā)明范圍內(nèi)另一類型的陶瓷材料也可應用，它是陶瓷基體和增強纖維的復合材料，與整體的陶瓷材料相比它具有好得多的韌性和硬度。特別適宜的是具有碳化硅基體，并用碳化硅纖維或碳纖維增強的SiC-SiC或SiC-C陶瓷材料。用此材料的部件是這樣制造的先令一種氣態(tài)的前體物質(zhì)分解，然后分解產(chǎn)物沉積到由一疊碳化硅纖維層或碳纖維層嵌制的預制件中使之陶瓷化。在其周邊壁上的噴絲孔最好是用激光束穿透法來形成。這樣的陶瓷材料在非氧化性條件下，SiC-SiC可用于1200℃以上的溫度，在許多情況中，要求材料在連續(xù)過程中用于1100-1200℃的溫度范圍就夠了。此時，例如可以應用鈷-基合金和碳化物(特別是碳化鎢)增強的合金，或鎳-基γ′增強合金。例如，下列合金能應用-Ni10%(重量)-Cr29%(重量)-W7.5%(重量)-C0.25%(重量)-Co余量或-Co19%(重量)-Cr22.5%(重量)-Al3.7%(重量)-W2%(重量)-Ti1.9%(重量)-C0.15%(重量)-Ta1.4%(重量)-Nb1%(重量)-Ni余量第三類可應用于本發(fā)明的合適材料是前已提到的ODS合金，這類ODS合金可分成兩大類材料，一類是鐵素體合金，它如其名稱所示主要是以鐵為基，通常含有鉻和鋁，另一類是以鎳-鉻為基的奧氏體合金。
選擇合金時要牢記正在進行連續(xù)操作時離心器的溫度，也要看它耐熔融礦物材料腐蝕的能力，以及它的機械強度特性。
一般而言，鐵素體合金具有最好的高溫抗蠕變性，但其抗溫度急變性較差。離心器的溫度急變主要是在起始階段，因而即是對離心器的預熱之時。當預熱進行得恰當，溫度急變引起材料破壞的危險可大大降低。另外，要指出的是，鐵素體合金只能用于要纖維化的材料含鐵(更精確地說是鐵的氧化物)較高的情況，無論如何須超過3%(重量)，否則，這些合金將被迅速腐蝕。
另一方面以鎳-鉻為基的奧氏體合金與含鐵成分高的及含鐵成分低的相比，其抗腐蝕性能極好。而且，其抗溫度急變性也明顯優(yōu)于鐵素體合金。但奧氏體合金使用的溫度極限則明顯低于鐵素體ODS合金。然而如后面所示，發(fā)現(xiàn)其極限溫度常常是很夠用的。
形成ODS合金時分散在合金中的氧化物最好是氧化釔。這類材料中氧化物的含量往往是相當?shù)偷模ǔ５陀诤辖鹬亓康?%。
能用于一些離心器供形成纖維之用的鐵素體ODS合金，特別是其中含鐵是高的，其主要組成如下-Cr13至30%(重量)-Al2至7%(重量)-Ti小于1%(重量)-Y2O30.2至1%(重量)-Fe余量一種更適合的合金組成為
-Fe74.5%(重量)-Cr20%(重量)-Al4.5%(重量)-Ti0.5%(重量)-Y2O30.5%(重量)適合于應用在本發(fā)明過程的奧氏體合金例如其組成如下-Cr15至35%(重量)-C0至1%(重量)-Al0至2%(重量)-Ti0至3%(重量)-Fe小于2%(重量)-Y2O30.2至1%(重量)-Ni余量ODS合金的生產(chǎn)和由該合金形成為部件，可按現(xiàn)有工藝的技術(shù)進行。
根據(jù)本發(fā)明可用的原料特別是天然的玄武巖，但也可是類似的組合物，例如為了改變它的某些性質(zhì)而在玄武巖中添加其它成分，或者是一些材料的組合使之可以具有玄武巖的主要特征，特別是其溫度性能，尤其是其通常不低于1200℃的熔點。這些組合物也是礦物質(zhì)的組合物，如高爐爐渣或那些生產(chǎn)被稱為石絨時所用的組合物。所用的材料也包括那些可稱之為“玻璃的”各種組合物。這后一類材料稱為“硬玻璃”以表明因它們的熔化溫度高所引起的困難。
本發(fā)明范圍內(nèi)使用的玄武巖和其它礦物，其基本特征是，它們與玻璃組合物不同，堿金屬含量較低，就堿金屬氧化物含量而言，通常低于10%(重量)，多數(shù)情況下低于5%(重量)。正是堿金屬含量低，因此只在相當高的溫度才會熔化。而另一方面，堿土金屬的含量特別是CaO+MgO，比在玻璃組合物則較高，這個事實說明了對本發(fā)明要使用的材料為什么具有高的液相線溫度。堿土金屬的含量通常不低于10%(重量)，其總含量可以達到35%(重量)或者更高。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，堿土金屬含量在8.5%和20%(重量)之間。
關(guān)于結(jié)構(gòu)組份SiO2或Al2O3(在其中段加入五氧化二磷P2O5，它決定著玻璃的硬度)，根據(jù)本發(fā)明，其含量最好低于75%。必需指出玄武巖一般比玻璃態(tài)組合物含鋁較多而相應地含硅較少。但如前所述，“硬玻璃卻也在本發(fā)明可使用的范圍之內(nèi)因為它們在其溫度性能上具有相同的特征并因而在生產(chǎn)時也需要同樣的條件。
玄武巖與玻璃組合物另一顯著差異之處在于其氧化鐵含量較高。對純正的玄武巖氧化鐵含量在3%(重量)以上，通常超過6%(重量)。
本發(fā)明的另一個目的是從下述材料生產(chǎn)礦物棉的氈，該材料具有高的液相線溫度，即高于1200℃，同時在液相線溫度具有低的粘度，例如低于5000泊，最常見的是低于3500泊，其中尺寸在100μm以上的小珠含量要少于10%(重量)，最好是少于5%(重量)。
本發(fā)明的目的特別是具有上述特征的礦物棉氈，其組成中二氧化硅加氧化鋁加五氧化二磷的總含量在67%(重量)和73%(重量)范圍內(nèi)，助熔劑CaO+MgO的含量在9%(重量)和18%(重量)范圍內(nèi)。
本發(fā)明更特別是針對具有馬克隆尼氣流式纖維細度F/5g小于6，最好是在2.5和4范圍內(nèi)的氈物。
本發(fā)明特別是針對對應于在下表中所示的組合物的氈物，這些組合物全部都可在從離心器(Spinner，紡絲器)中粘度的觀點看來(在320/350泊到80000泊)最佳的條件下成形的纖維，而在操作時溫度始終低于1300℃仍不致產(chǎn)生在離心器中材料結(jié)晶出來的問題。表中的組成以燃燒失重后以重量百分數(shù)表示。
“礦物棉氈”這一名詞是意指所有的氈狀礦物棉產(chǎn)品，而不管其壓制，焙固等處理為何。
本發(fā)明進一步的詳情，特征和優(yōu)點將從下面的描述結(jié)合附圖看得很清楚。


圖1到圖7是各種組合物的粘度/溫度圖;
圖8a是一個縱視截面的簡圖表示現(xiàn)有技術(shù)中人們所知的玻璃棉生產(chǎn)的一種纖維設(shè)備;
圖8b是和圖8a相對應的本發(fā)明纖維化設(shè)備的一個實施例的圖;
圖9是說明與各種晶體物質(zhì)出現(xiàn)有關(guān)的問題的曲線圖(溫度/晶體尺寸圖)。
在本開發(fā)工作的第一階段，確定了本發(fā)明可能應用的組合物。在本說明書來的表中給出了已試驗過的組合物(各組分用燃燒失重后的重量百分數(shù)表示)。關(guān)于粘度給出了對應于泊表示的粘度的常用對數(shù)(lgμ)的溫度。表中除了用0表示該組合物是一種常規(guī)的玻璃，它通?！皟?nèi)離心法”形成纖維以外，所有另外的材料都具有高的液相線溫度和低的粘度。
圖1到圖7的粘度/溫度曲線上的各點表示了在這些表中的相應數(shù)據(jù)，其中粘度以粘度(泊)的常用對數(shù)表示，對每種組合物的溫度變化限于已由實驗證實了該材料的粘度溫度關(guān)系遵守Vogel-Fulcher-Tammann定律的溫度范圍。在這些圖中適于本發(fā)明的使用范圍以虛線表示。可使用的最高溫度由離心器合金的耐熱性決定。對應于ODS類合金或陶瓷類材料可接受的使用壽命，其溫度上限是1400℃。
代表下限值的1200℃并不是一個嚴格的界限，而是基于這樣的事實，即利用已知的通常的“內(nèi)離心法”技術(shù)所能使用的最終下限溫度，如果撇開此法另外的缺點不管，而此法中離心器的使用壽命非常短是可以接受的話。沾度在3000泊(lgμ＝3.47)以上，本技術(shù)對組合物就不再能滿意地應用了。因為該材料已不再能按需要的方式流過噴絲孔。這個粘度上限并不意味著實際上有重量意義的限制，因為所研究過的組合物在本發(fā)明所打算用的溫度范圍內(nèi)其粘度低得多。
下限100泊是非常重要的。若低于該粘度，而且時常當粘度已小于200泊(lgμ＝2.3)或甚至小于320/350泊(lgμ＝2.5)時，實際上不可能成功地使從噴絲孔噴出的絲拉細成纖維。為了為這些低粘度制定一個合理的安全界限以防止阻礙用內(nèi)離心法時纖維的形成，最好是采用那些能在粘度從300到350泊的范圍工作的組合物。對于大多數(shù)組合物也給出了其液相線溫度，TL1和TL2值對應于最先觀察到的兩種結(jié)晶物質(zhì)的液相線溫度的值。除了第2號組合物其結(jié)果是相反的以外，第一個溫度對應于尖晶石的出現(xiàn)，第二個溫度對應于硅酸鹽相的出現(xiàn)。按下列方法測量這些液相線溫度將一份5g粉碎的試樣在鉑-金坩堝中加熱至測量溫度，保持一段時間使到達平衡狀態(tài)(實際條件下是16小時)。然后從爐中取出試樣，淬冷到室溫，然后在顯微鏡下觀測;液相線溫度相應于未觀察到晶體的高溫度范圍與可以看到晶體的低溫度范圍之間的界限溫度在本說明書末的一些表中，給出了作為時間和溫度函數(shù)的晶體溶解曲線上的一個特定點，該點對應于30分鐘的時間，即前述的溫度TSD。這種曲線的一般形狀如圖9所示。非常高的溫度對應于非常短的時間;換言之，當熔化后立即進行纖維化(對玄武巖材料來說，即一般加熱到15000以上，時間長于30分鐘)，就不需要進行任何特別的額外處理來消除所有的晶核。
在另一個極端，曲線超向液相線溫度，該溫度對應于一個等于無窮大的溶解時間。用下列方法測量TSD值將顆粒狀的材料升溫到試樣仍含很多晶體的溫度，對這些試驗，就是將材料升溫到約1150℃，時間1小時。有了形成的晶體后，再將材料升溫到測量溫度。將那一個前面形成的晶體恰在30分鐘內(nèi)溶解掉的溫度確定為TSD。因此這個值就是對這樣一個溫度的表示，為了使形成的晶體溶解必須加熱到該溫度，例如在離心器的某個較冷區(qū)域就是這個溫度。在本發(fā)明范圍中，TSD是首先重要的，其意義在于這個溫度乃是為了在30分鐘時間內(nèi)消除試樣中的晶核，必須將試樣加熱到的最低溫度。
在圖10中表示了代表過冷溫度隨時間變化的曲線的走向。最重要的是，該圖中有一溫度閥值，高于該值過冷溫度可認為是穩(wěn)定的，2小時的過冷溫度就代表了該穩(wěn)定的溫度。藉過冷卻結(jié)晶的“穩(wěn)定”溫度比Tsurf1和Tsurf2線高。其測定方法如下將5g材料在一個鉑-金坩堝中加熱到1500℃即比TTSD1高100-200℃的溫度，維持30分鐘。接著將爐溫降至測量溫度。由于爐子有熱慣性即到達溫度須有個響應時間，測量溫度至快要在一刻鐘后到達。在該溫度維持2小時以后，將熔融材料淬冷，然后在顯微鏡下觀察試樣中晶體是否出現(xiàn)。對第10號組合物，測量出尖晶石相的過冷溫度，它比液相線溫度高，這在理論上是不可能的，這種反常的值與高含量的氧化硼有關(guān)，可能是由于予熱到1500℃過程中，此試驗組合物的變型引起的過冷溫度和液態(tài)溫度之間的差異，按本發(fā)明者最初的假設(shè)，可以參照圖11予以解釋，該圖中表示了晶體生長速率曲線(實線)和成核作用曲線(虛線)。成核作用曲線與晶體生長曲線相比偏向于較低溫度。因此，如圖11中箭頭所指的，從一個其時所有晶核都已被消除的高溫度(比至少30分鐘的析晶溫度高的某個溫度)開始，首先通過一個區(qū)域A，在這區(qū)域內(nèi)，除了液相線溫度(嚴格地對應于結(jié)晶速度為零)之外，晶體生長速度不是零，但由于不存在晶核，在這個區(qū)域里晶體不能出現(xiàn)。只要不與坩堝或離心材料發(fā)生反應，或者也不是環(huán)境受到如空氣中所含顆粒的“污染”，晶體不出現(xiàn)因此就是個長時間穩(wěn)定的現(xiàn)象。實驗已證明，在2，10或65小時測出的過冷溫度的值都是相同的。在過冷溫度，核開始出現(xiàn)。然而，若溫度不是很低于過冷溫度，成核過程的速率可能是較低的，結(jié)果是推遲了晶體出現(xiàn)，并且是推遲了很多，因為此時的晶體生長速度仍是低的。這一點就容易解釋了為什么有可能在溫度很低于過冷狀態(tài)的結(jié)晶溫度時測量材料的粘度。此時逐步冷卻測得粘度曲線。如果繼續(xù)冷卻，就會出現(xiàn)其它晶體物質(zhì)與先出現(xiàn)的晶體之間的競爭，但這些其它物質(zhì)將會在先已形成的晶體上生長，而生長速度有時極快。就因為這個道理，應該采用所有的加熱裝置，為的是使材料的溫度特別是在操作的起始階段決不容許低于溫度TL2，即使偶然低于也不容許。除了適宜作為玻璃組合物的第26號組合物外，根據(jù)本發(fā)明在表中所用的所有組合物，其相應的材料都是高熔點的，其典型的液相線溫度在1200℃和1400℃之間。
大多數(shù)所試驗的組合物的液相線溫度TL1是在纖維化溫度即操作溫度范圍之外，或者至少在優(yōu)選的纖維化溫度范圍之外。另一方面，所有這些組合物都有一個與纖維化的溫度范圍相容的過冷狀態(tài)結(jié)晶溫度，如果纖維化溫度范圍較寬地規(guī)定的話(粘度在100和3500泊之間)。然而第3號和第10號組合物則必須在粘度低于350泊時操作，如前所述，在這種條件下是很容易在產(chǎn)品中出現(xiàn)大量的小珠。
另一方面，必須指出，第8號組合物是特別硬的，其液相線溫度高于1300℃，但它在相當高的粘度進行纖維化，其粘度3200泊是在1268℃的溫度獲得。這又給出了另一比過冷狀態(tài)的結(jié)晶溫度高50℃以上的溫度界限。
根據(jù)本發(fā)明能在至少為50℃的溫度范圍中操作的優(yōu)先組合物是1、2、4、5、8、13、14、15和16號。對這些優(yōu)選組合物，二氧化硅加三氧化二鋁加五氧化二磷的總含量為67%(重量)和73%(重量)之間，助熔劑CaO+MgO的量在8.5%(重量)和18%(重量)之間。
本發(fā)明的應用可用圖8a和8b表示，它們分別是現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的裝置的簡圖。
本發(fā)明的裝置是從內(nèi)離心法生產(chǎn)玻璃纖維傳統(tǒng)使用的裝置發(fā)展而來的，這個傳統(tǒng)的裝置的詳盡說明是在專利說明書ER-B1-2443436和EP-B1-91381中。在圖8a簡示的這種傳統(tǒng)裝置，主要包含一個離心器1，它的周邊壁2有許多個噴絲孔。周邊壁2通過一連接區(qū)4，與凸緣3相連接，此連接區(qū)4因為它的形狀而稱為“喇叭”。如圖所示，周邊壁2，喇叭4和凸緣是制成一個整體部件的。凸緣3固定在一根支撐軸5上，該軸在這個實施例中是空心的，熔融礦物材料通過其空腔供料。
支撐軸5或其主凸緣3還支撐著一個同心的分配裝置6，后者通常稱為“杯子”或“籃子”。這個分配杯6的周邊壁上有為數(shù)不很多的較大直徑的孔，分配杯用作離心器的底，其作用是分配熔融礦物材料，即將其分為許多股的細小液流分布到周邊壁2的內(nèi)表面上。
離心器1被一些加熱裝置所圍繞一個感應加熱器的環(huán)形磁鐵7專用于加熱離心(紡絲)器1的底部，首先是為了補償因與周圍空氣相接觸造成的冷卻，而周圍空氣是由于離心器1旋轉(zhuǎn)吸進的大量空氣以及一個水冷的環(huán)形外燃燒器8而被強烈冷卻的。外燃燒器8的通道的壁9和10的端部距離心器1很近。僅有一個很小的距離h，例如在5mm左右，如圖8a左上角簡圖所示。
環(huán)形外燃燒器8產(chǎn)生一種高溫高速的氣流，其方向基本上垂直向下，這樣就沿著周邊壁2的外表面流過。這個氣流一方面作為熱源或維持周邊壁2的溫度，另一方面用來將旋轉(zhuǎn)拋出的熔融礦物的絲拉細成纖維。
如圖所示，外燃燒器8最好用一個冷空氣(如壓縮空氣)鼓風環(huán)11所圍繞，其主要目的是限制熱氣流的徑向膨脹，以防止生成的纖維與環(huán)形磁鐵7相接觸。
在離心器1的內(nèi)部有一個環(huán)形內(nèi)燃燒器12補充，這些外加熱器，此環(huán)形內(nèi)加熱器位于支撐軸5的里面，僅在纖維成形裝置操作的起始階段用于對分配杯6進行予熱。
如圖8b所示，本發(fā)明的一個纖維化裝置也是由與上相同的部件組成，其僅有的差別將在下面討論。
最突出的差別是關(guān)于環(huán)形外燃燒器13的位置，它的通道壁14和15的端部是位于離心器周邊器壁19的上方，距離為h′。這個距離明顯地大于圖8a中的距離h。這些配置的關(guān)系用在圖8b的右上角的簡圖表示。例如，h′在15-30mm范圍內(nèi)，特別在20-25mm范圍內(nèi)最好，因為這樣的距離仍然能使氣體流動的準確性很好。再者，通道14的內(nèi)壁直徑明顯小于周邊壁19頂部直徑。為了引導噴射時的氣流，外燃燒器13的噴射孔由兩個互相垂直的傾斜表面16和17所限制，而且這兩個傾斜表面例如對外面是傾斜約45°。為了減輕來自外燃燒器13的熱氣體的徑向膨脹問題，外傾斜表面17的長度只約為內(nèi)傾斜表面16的長度的一半，并終止于一個基本垂直的壁18。傾斜表面16和壁18的終點在紡絲器上面一個高度，基本上是對應于傳統(tǒng)外燃燒器8(參照圖8a)的通道壁9和10的垂直距離h。
用于外燃燒器13的這種安裝，不僅加熱了紡絲器1′的周邊壁19，也加熱了喇叭20。然而，氣流不應沿喇叭20上升，以致加熱了離心器1′的支撐軸22。為了避免這個毛病，一個環(huán)形突起物21或另一種旋轉(zhuǎn)的密封元件可安裝在例如喇叭20的一半高度處，裝在這一位置就決定了環(huán)形氣體流加熱喇叭的長度?？梢栽谥屋S22和離心器周邊壁23之間的縫隙中充壓，為此目的，在支撐軸22的頂端引入冷空氣，這個空氣引入更具體地說最好是垂直于旋轉(zhuǎn)軸的方向，因為因此是要得到一個流體屏障而不是指向喇叭處的冷空氣流。
試比較圖8a和圖8b，可見還有另一個明顯差異，即圖8b中裝了另一個內(nèi)燃燒器25，其位置是同心地圍繞著中央環(huán)形內(nèi)燃燒器26，通常是用來加熱分配杯27的。這第二個內(nèi)燃燒器25是一個噴出發(fā)散火焰的環(huán)形燃燒器，火焰指向離心器的周邊壁19和喇叭20的內(nèi)表面?；鹧娴姆植甲詈糜美葍?nèi)部的突起物29來優(yōu)化，這些突起物起著阻留火焰的作用。
在圖8b的這個實施例中，分配環(huán)27有一個較厚的底壁28，為了避免被熔融礦物材料迅速腐蝕，它是例如由一塊陶瓷板或耐熱混凝土制成。此外，這個厚的底壁也有隔熱作用，從而阻止了底壁因離心器旋轉(zhuǎn)而引起的或吸入的氣體或空氣流而受到冷卻。最后，可以提出的是，離心器的形式已最好地作了一些修正，為的是使熔融壙物材料在離心器內(nèi)的逗留時間盡可能短，這種修正辦法主要是降低離心器周邊壁的總高度(就縱向上這些孔的總高度相同而言)，以此方法使最下面一排的噴絲孔接近離心器的底部，以避免產(chǎn)生熔融材料的滯留區(qū)。
用第2號組合物進行了纖維化試驗制成了礦物棉材料，所用設(shè)備的特征和操作條件上的變化總結(jié)在下面的一些表中。試驗中，使用的離心器的直徑為200mm，外燃燒器的通道壁之間的距離為6.5mm，熔融硪物材料流入一直徑70mm的分配杯中，杯的周邊壁上鉆有150個噴絲孔。發(fā)散型內(nèi)燃燒器IB的流量范圍用每小時標準立方米表示。除了在予熱期間外，收斂型內(nèi)燃燒器不采用。高溫點和低溫點是對應于在周邊壁上測出的兩個極端溫度。
必須指出，測量熔融礦物材料即“玻璃”的溫度，是用放在距分配杯底約2m的爐的出口的一支熱電偶進行測量的，該熱電偶先經(jīng)過正確標定。而為離心器和外燃燒器的氣流所給出的溫度值是采用隱絲式光學高溫計來測量的，該高溫計經(jīng)相對于黑體標定過。由于多重的湍流，氣流所測定的值不可能是十分精確的，但在不同試驗中作為相對值進行比較確實還是恰當?shù)摹５仨氂涀?，這些測量的值至少應在進料15分鐘以后進行測量，而利用所有裝上可用的加熱裝置(但對第一次試驗不用發(fā)散型內(nèi)燃燒器)對離心器和分配杯進行預熱，以促進平衡。
這些試驗中采用的離心器是用一種奧氏體類的鎳-基型合金為材料，它含鉻30%，熔點1380℃，在1150℃時撕裂阻力為130Mpa，1150或1250℃經(jīng)1000小時后的蠕變阻力為70或55Mpa，1250℃延性為5%。
高于鐵素體型的ODS合金，它是以鐵為基，含鉻20%，鋁5.5%，熔點1480℃，在1150℃撕裂阻力為110Mpa，1150℃或1250℃經(jīng)1000小時后的蠕變阻力為60或50Mpa，1250℃延性為3%。關(guān)于所生產(chǎn)纖維的質(zhì)量，F(xiàn)/5g的值，是對應于馬克隆尼氣流式纖維。細度測量法(Micronaire)的，該法是表征纖維細度的一種標準方法，現(xiàn)為礦物棉生產(chǎn)廠家所普遍采用，其詳情可參見德國工業(yè)化標準(DIN)53941“Bestimmung des Micronaire”(Micronaire reading)和標準ASTMD 1448“Mioronaire reading of Cotton fibers”。例如，對所謂輕質(zhì)熱絕緣玻璃棉產(chǎn)品(指軋制產(chǎn)品，其密度小于40kg/m3)，主要的技術(shù)標準是其耐熱性，它是用Micronaire值為3的礦物棉制造的，而輕重質(zhì)的產(chǎn)品(要求有相當大的機械強度)則是用Micronaire值為4的礦物棉制造的。
主要采用結(jié)構(gòu)如圖8a的環(huán)形外燃燒器加熱，以非常熱的玻璃和離心器進行的第一個試驗得以生產(chǎn)出小球含量低的高質(zhì)量礦物棉，但此時離心器的使用壽命非常短。僅在30分鐘以后由于大多數(shù)噴孔絲已被堵塞，纖維化過程就得停止。經(jīng)分析還發(fā)現(xiàn)了離心器在多處已經(jīng)熔化。因此溫度條件一方面太高(玻璃熔體的溫度很高)，同時又太低(離心器只在1200℃)。
另一個值得注意之點是在開始階段離心器的溫度。在試驗1的試驗安排中，對離心器的預熱只是利用外加熱裝置和會聚型內(nèi)燃燒器來進行的。在這些條件下，進一步觀測到最熱的點是僅低于950℃的某一溫度，而低溫的一些點是在900℃以下，這樣在進料開始就產(chǎn)生一個相當大的熱沖擊，并實際上很可能阻塞的危險。由于這個原因，在以后的試驗中，在予熱階段和纖維化期間都使用了發(fā)散型內(nèi)燃燒器。在這些條件下，就得以升高離心器周邊壁的溫度約200℃，從而使之加熱到大約1150℃，因而一旦進料后，材料的溫度總是高于尖晶石相的過冷狀態(tài)結(jié)晶溫度(1250℃)。在以后的試驗中用了一個本發(fā)明的外燃燒器進行加熱。如表中清楚可見，這種試驗安排充分地升高了離心器孔壁的溫度，同時降低了玻璃體溫度。使用上述的兩類合金都得到滿意結(jié)果，對耐熱性最差的奧氏體合金來說，這在某種程度有些出乎意料。
以這樣的安排效果是很直接的，離心器的壽命，在試驗2是13小時30分，試驗3是26小時，此時玻璃體的溫度較低，而加熱裝置的作用大得多。用離心器溫度在1260-1270℃左右(對此組合物在1300℃至1216℃粘度為350至1000泊，因此這完全是在纖維化的范圍內(nèi))時得到了最好的結(jié)果。這個溫度顯著低于其液相線溫度(1290℃)，但實際上高于過冷狀態(tài)的上結(jié)晶溫度。試驗3和試驗4進行時溫度是有限的，在各點上測出的溫度低于Tsurf1。這傾向于表明，在不利條件下仍可能進行纖維化操作長達20小時以上的時間，但仍遠在硅酸鹽的過冷狀態(tài)結(jié)晶溫度之上。要始終注意，因溫度測量的精確度差，在結(jié)果解釋上要慎重。
當離心器的噴絲孔的直徑減小，離心器的壽命就會增長。因此，試驗4和試驗5比較，離心器的壽命增大至兩倍多從23小時到大于50小時(材料的纖維化過程則有意終止)。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選采用的直徑小于0.4mm但保持大于0.10mm。
還可以注意到，通過平衡各種熱源即加熱裝置可得到最佳結(jié)果，特別是內(nèi)燃燒器采用較高流量的氣體(但無論如何不超過外燃燒器流量的十分之一)以及對環(huán)形磁鐵供應同樣較大的能量。
與本專利在同一天由同一公司申請者或代理人平行申請的另一個專利是“礦物棉生產(chǎn)的方法和設(shè)備以及由此生產(chǎn)的礦物棉”，其全部內(nèi)容可參閱之包括到本專利中。結(jié)合該專利的內(nèi)容，本專利原理的應用將是特別有裨益的。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生礦物棉的方法，其特征在于由一種在高的液相線溫度時(特別是高于1200℃)具有高流動性，其時粘度小于5000泊的材料制造礦物棉，所述方法是將焙融礦物材料在所有晶核消除之后輸入一離心器，離心器的周邊壁上有許多小直徑的噴絲孔，由所述的熔融礦物材料通過這些孔離心流出形成細絲，這些細絲在一給定情況下經(jīng)受沿離心器周邊壁流動的熱氣流的進一步拉細作用，熱氣流是由一個同心的環(huán)形外燃燒器產(chǎn)生的，在操作中離心器的溫度維持在一平衡溫度，該溫度低于或等于熔融礦物材料的粘度是100泊的溫度，而高于要被纖維化的材料在過冷狀態(tài)的結(jié)晶溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于材料加入離心器以前，將它加熱到高于或等于材料的上析晶溫度(TSD)，為時至少30分鐘，以消除在此以前可能已經(jīng)生成的晶核。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述有待纖維化的材料在過冷狀態(tài)的結(jié)晶溫度選為等于過冷狀態(tài)的“穩(wěn)定的”結(jié)晶溫度。
4.如權(quán)利要求1至3任何一項所述的方法，其特征在于輸入到離心器的能量部分地是從纖維化期間工作的內(nèi)加熱裝置得到的。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的內(nèi)加熱裝置主要由一個發(fā)散型環(huán)狀內(nèi)燃燒器構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的發(fā)散型內(nèi)燃燒器生成的火焰緊靠離心器周邊壁的內(nèi)側(cè)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于所述的發(fā)散型內(nèi)燃燒器的火焰能保持緊靠離心器周邊壁的內(nèi)表面上，是由于在離心器的喇叭形套筒的內(nèi)表面上裝了火焰阻留裝置。
8.如上述各權(quán)利要求中的任何一個方法，其特征在于環(huán)形外燃燒器是在與離心器周邊壁上端距離為15mm到20mm范圍內(nèi)安裝的。
9.如權(quán)利要求1到8中任何一項所述的方法，其特征在于所述的環(huán)形外燃燒器具有一個內(nèi)排放通道壁并最好還具有一個排放通道壁供發(fā)出熱氣體之用，其直徑小于離心器周邊壁上部的直徑。
10.如權(quán)利要求1到9中任何一項所述的方法，其特征在于所述的環(huán)形非燃燒器的排放通道壁沿長為傾斜的排放唇，供喇叭形的熱氣流界定其形狀之用。
11.如權(quán)利要求8到10中任何一項所述的方法，其特征在于利用一個起密封作用的突起物或旋轉(zhuǎn)的密封墊圈阻止熱氣體沿離心器的支撐軸返流。
12.如權(quán)利要求1到11中任何一項所述的方法，其特征在于利用一個環(huán)形感應加熱器可進一步對離心器進行加熱。
13.如權(quán)利要求1到12中任何一項所述的方法，其特征在于將所述的焙融礦物材料喂入一個分配裝置即分配杯中，它的底由一塊耐熱絕緣材料板保護，特別好的是陶瓷材料或耐熱混凝土。
14.如權(quán)利要求1到13中任何一項所述的方法，其特征在于離心器的形狀可以避免產(chǎn)生焙融礦物材料會停滯的區(qū)域。
15.如權(quán)利要求1到14中任何一項所述的方法，其特征在于所述的離心器由一種用碳化物特別是碳化鎢增強的鈷-基含金構(gòu)成。
16.如權(quán)利要求1到14中任何一項所述的方法，其特征在于離心器由一種鎳基γ增強合金構(gòu)成。
17.如權(quán)利要求1到14中任何一項所述的方法，其特征在于所述的離心器是由一種陶瓷材料構(gòu)成。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述的離心器是由一種氮化硅型的陶瓷材料構(gòu)成。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述的離心器由一種SiC-SiC型或SiC-C型的陶瓷材料構(gòu)成。
20.如權(quán)利要求1到14中任何一項所述的方法，其特征在于所述的離心器由一種氧化物彌散增強(ODS)合金構(gòu)成。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于所述的離心器由一種鐵素體ODS合金構(gòu)成，主要組分如下-Cr 13至30%(重量)-Al 2至7%(重量)-Ti 小于1%(重量)-Y2O30.2至1%(重量)-Fe 余量
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于所述的離心器由一種奧氏體OSD合金構(gòu)成，其主要組分如下-Cr 15至35%(重量)-C 0至1%(重量)-Al 0至2%(重量)-Ti 0至3%(重量)-Fe 小于2%(重量)-Y2O30.2至1%(重量)-Ni 余量
23.一種礦物棉氈，其特征在于其制造所用的材料，液相線溫度高于1200℃，在其液液相線溫度時的粘度低于5，000泊，大小超過100μm小珠的含量低于10%(重量)，其組成是使得其對應于100泊沾度時的溫度和過冷狀態(tài)的上結(jié)晶溫度之間的差要大于50℃。
24.一種礦物棉氈，其特征在于其制造所用的材料的液相線溫度高于1200℃，其液相線時的沾度低于5000泊，大小過100μm的小珠的含量低于5%(重量)，其組成是使得其對應于350泊粘度時的溫度和過冷狀態(tài)的上結(jié)晶溫度之間的差要大于50℃。
25.一種如權(quán)利要求23或24所述的礦物棉氈，其特征在于其過冷狀態(tài)的結(jié)晶溫度低于1300℃，最好是甚至低于1250℃，因而可以在低于1350℃最好是甚至低于1300℃時進行纖維化。
26.一種礦物棉氈，其特征在于其制造所用的材料，液相線溫度高于1200℃，其在液相線溫度時的粘度低于5000泊，大小超過100μm的小珠的含量低于10%(重量)，最好低于5%(重量)，二氧化硅加氧化鋁加五氧化二磷的總含量在67和73%之間，助熔劑CaO+MgO的含量在8.5%和20%之間。
27.一種礦物棉氈，其特征在于其中大小超過100μm的小珠的含量低于10%(重量)，最好低于5%(重量)，其組成對應于下列說明中的一種(以重量百分數(shù)表示)
28.如權(quán)利要求23到27中任何一項所述的礦物棉氈，其特征在于其馬克隆尼氣流式纖維細度F/5g的值小于6，最好小于2.5到4。
全文摘要
一種生產(chǎn)礦物棉的方法，使用了在它的較高的液相線溫度具有高的流動性、且其在液相線溫度的粘度低于5000泊的熔融材料。上述材料在消除所有的結(jié)晶核以后輸入離心器(1′)，并通過離心器的周邊壁的小口徑噴絲孔離心流出形成細絲，這些細絲在一給定情況下經(jīng)受沿離心器周邊壁流動的拉細作用而形成纖維。熱氣流由一個同心的環(huán)形外燃燒器(13)生成。在連續(xù)操作中離心器的溫度維持在一個平衡值，以避免產(chǎn)物中未纖維化顆粒比例過高。
文檔編號C03B37/00GK1087611SQ9311653
公開日1994年6月8日 申請日期1993年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月20日
發(fā)明者貝爾納·讓呂克, 維涅蘇爾特·塞爾日, 巴蒂格里·讓, 貝爾捷·居伊, 富爾塔克·漢斯 申請人:伊索圣-戈班