(57)【要約】  本発明は、溶融ガラスが、紡糸、延伸、サイジング、および収集のステップによってガラス繊維材料に変換され、続いて、得られたガラス繊維材料を製造するステップが行われ、次に熱脱サイジングが行われる、ガラス繊維材料の製造方法および設備に関する。溶融炉からの煙霧が、２つのステップで溶融炉からの燃焼反応物の予熱に使用され：第１のステップでは、煙霧との熱交換によって空気が加熱され、第２のステップでは、高温空気との熱交換によって燃焼反応物が予熱され、次に空気は、ガラス繊維材料の脱サイジングステップに使用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
・溶融ガラスから少なくとも１つのストリームを紡糸する段階と、
・前記少なくとも１つのストリームを１本以上のフィラメントに繊細化する段階と、
・前記１本以上のフィラメントのサイジングを行う段階と、
・前記１本以上のフィラメントを収集する段階と、
・前記サイジングされ収集された１本以上のフィラメントによってガラス繊維製品を製造する段階と、
・前記ガラス繊維製品の熱脱サイジングを行う段階と、
による溶融ガラスがガラス繊維製品に変換されるガラス繊維製品の製造方法であって、
この方法において、前記溶融ガラスが、８０体積％〜１００体積％の酸素含有量を有するリッチ酸化剤を有する燃料の燃焼によって加熱される溶融炉中で製造されて、熱および煙道ガスが生成され、前記生成した煙道ガスは１０００℃〜１６００℃の間の温度で前記溶融炉から排出され、
前記方法が、
・熱交換アセンブリ中での排出された煙道ガスとの熱交換によって空気が加熱されて、高温空気が得られ、
・リッチ酸化剤および気体燃料から選択される反応物が、前記熱交換アセンブリ中での前記高温空気との熱交換によって予熱されて、一方では予熱された反応物が生成され、他方では２００℃〜５００℃の間の温度の中間空気が生成され、
・前記予熱された反応物は、前記溶融炉中で燃焼反応物として使用され、
・前記ガラス繊維製品上に存在するサイズの揮発および／または燃焼を促進するために、前記熱交換アセンブリから得られる中間空気が、好ましくは前記脱サイジング中に中間空気を前記ガラス繊維製品と接触させることによって、前記熱脱サイジング段階中に使用されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記熱交換アセンブリが一次交換器および二次交換器を含み、前記一次交換器中での前記炉から排出された煙道ガスとの熱交換によって空気が加熱されて、５００℃〜８００℃の間の温度の高温空気が得られ、前記燃焼反応物が、前記二次交換器中で、前記一次交換器から得られた高温空気との熱交換によって予熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱脱サイジング段階が、揮発による脱サイジング段階および／または燃焼による脱サイジング段階を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記脱サイジング段階が、２５０℃〜３８０℃の間の温度における揮発による脱サイジング段階を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記脱サイジング段階が、４７５℃〜８２０℃の間の温度における燃焼による脱サイジング段階を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記脱サイジングされたガラス繊維製品に対して仕上げ段階が行われる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ガラス繊維製品が、ストランド、布製品、強化用製品、ガラス繊維によって強化された製品、防音製品、断熱製品、および防火製品から選択される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
ガラス溶融炉と、溶融ガラスをガラス繊維製品に変換するための変換ユニットを含むプラントであって：
・前記溶融炉が、溶融ガラス出口と、煙道ガスの出口と、８０体積％〜１００体積％の酸素含有量を有するリッチ酸化剤を有する燃料の燃焼のための少なくとも１つのバーナーとを含み；
・前記変換ユニットが：
・前記溶融炉から得られた溶融ガラスから少なくとも１つのストリームを紡糸するためのブッシングであって、前記炉の前記溶融ガラス出口に流体的に接続されるブッシングと；
・前記ブッシングから得られた少なくとも１つのストリームを１本以上のフィラメントに繊細化するための繊細化装置と；
・前記１本以上のフィラメントのサイジングのためのサイザーと；
・前記サイジングされた１本以上のフィラメントを収集するためのコレクターと；
・前記収集された１本以上のフィラメントからガラス繊維製品を製造するためのアセンブリと；
・前記ガラス繊維製品の脱サイジングのための脱サイジング炉、
とを含み、
前記プラントが：
・前記溶融炉から排出された煙道ガスとの熱交換によって空気を加熱するためと、高温空気との熱交換によって燃焼生成物を予熱するためとの熱交換アセンブリを含み、予熱された燃焼反応物および中間空気が得られ、前記熱交換アセンブリが、空気源と、前記溶融炉の前記煙道ガス出口と、リッチ酸化剤および気体燃料の間から選択される燃焼反応物の供給源とに流体的に接続され、前記二次交換器の出口の前記予熱された燃焼反応物が、前記溶融炉の前記バーナーと流体的に接続され、そして
・前記脱サイジング炉中の前記ガラス繊維製品に中間空気を接触させるため、および／または燃焼による脱サイジングのために前記炉の加熱のための酸化剤として中間空気を使用するために、前記熱交換アセンブリが、前記溶融炉の前記バーナーに流体的に接続された予熱された燃焼反応物の出口と、さらには前記脱サイジング炉に流体的に接続された中間空気出口とを示すことを特徴とする、プラント。
【請求項９】
前記脱サイジング炉中の前記ガラス繊維製品に中間空気を接触させるために、前記熱交換アセンブリの前記中間空気出口が、前記脱サイジング炉に流体的に接続される、請求項８に記載のプラント。
【請求項１０】
前記熱交換アセンブリが、前記炉から排出された前記煙道ガスと前記空気との間の熱交換のための一次交換器、および一次交換器から得られる前記加熱された空気と前記燃焼反応物との間の熱交換のための二次交換器を含む、請求項８および９のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１１】
前記熱交換アセンブリが、リッチ酸化剤源と流体的に接続され、好ましくはリッチ酸化剤源および前記気体燃料と流体的に接続される、請求項８および９のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１２】
前記中間空気出口が、揮発による脱サイジングのための炉、および／または燃焼による脱サイジングのための炉、および／または揮発および燃焼による脱サイジングのための炉に流体的に接続される、請求項８〜１１のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１３】
前記収集された１本以上のフィラメントからガラス繊維製品を製造するためのアセンブリが、切断装置、ストランド形成装置、加撚装置、テクスチャー加工装置、被覆装置、編組装置、製織装置、および編成装置から選択される少なくとも１つの装置を含む、請求項８〜１２のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１４】
前記脱サイジング炉の下流に仕上げユニットを含む、請求項８〜１３のいずれか一項に記載のプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス繊維製品の製造に関する。
【０００２】
用語「ガラス繊維製品」は、ガラス繊維自体、さらにはそれらを含有する製品を意味するものと理解される。
【背景技術】
【０００３】
溶融炉中での溶融ガラスの製造と、溶融炉からの溶融ガラスから出発するストリームのブッシングによる紡糸と、ストリームからフィラメントへの繊細化と、フィラメントのサイジングと、サイジングされたフィラメントの収集と、収集したフィラメントからガラス繊維製品への変換とを含む方法によってガラス繊維を製造することが知られている。
【０００４】
フィラメントのサイジングは、特に、ガラスストランド、ガラス布、および強化用繊維などのガラス繊維製品の製造において一般に実施され、多くの場合重要となっている。これは、ストランドの形成（繊維からのストランドの製造）中、撚糸または加撚中、テクスチャー加工中、編成または製織中などに、サイジングによって、フィラメントが潤滑し、それらが保護される（特に摩耗から）ことが理由である。
【０００５】
しかし、ガラス繊維製品上にサイジング剤が存在すると、ガラス繊維製品の下流での処理／使用に対する技術的問題が生じることが多い。したがって、サイジング剤は、たとえば、染料のガラス繊維への定着を妨害することによってガラス製品の有効な染色を妨害しうる。マトリックス材料中に混入することが意図される強化用製品の場合、サイジング剤は、マトリックス材料中のガラス繊維製品の固着を妨害することがあり、実際にさらにはガラス繊維製品への固着剤の定着を妨害することがある。同様にサイズによって、接着剤の塗布および後のフィラメントの架橋の場合に問題が生じることがある。
【０００６】
したがって、その仕上げ（ドレッシング）または最終的な使用の前に、ガラス繊維製品の脱サイジングが必要となることが多い。
【０００７】
したがって、熱脱サイジングによってガラス繊維製品の脱サイジングを行うことが知られている。熱脱サイジング（ｔｈｅｒｍａｌ  ｄｅｓｉｚｉｎｇ）中、ガラス繊維製品は、ガラス製品上に存在するサイズの揮発および／または燃焼を引き起こす温度に曝露される。
【０００８】
周知の熱脱サイジング方法の例は、米国特許第２，６３３，４２８号明細書、米国特許第２，６６５，１２５号明細書、米国特許第２，８４５，３６４号明細書、米国特許第２，９７０，９３４号明細書、および米国特許第３，０１２，８４５号明細書に記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的の１つは、より少ないエネルギー消費として最適化されるガラス繊維製品の製造方法を提供することである。
【００１０】
本発明の目的の１つは、特にガラス繊維製品の品質に対する悪影響を有さない、そのような最適化された製造方法を提供することである。
【００１１】
本発明によると、これは特に、溶融ガラスの製造の段階、および溶融ガラスからガラス繊維製品への変換の段階のより良好なエネルギー統合によって得られる。
【００１２】
本発明の別の目的の１つは、このような最適化された方法の実施に適切なプラントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による製造方法では、溶融ガラスはガラス繊維製品に変換される。この変換は以下の：
・溶融ガラスから少なくとも１つのストリームを紡糸する段階と、
・少なくとも１つのストリームを１本以上のフィラメントに繊細化する段階と、
・１本以上のフィラメントのサイジングを行う段階と、
・サイジングされた１本以上のフィラメントを収集する段階と、
・サイジングされ収集された１本以上のフィラメントによってガラス繊維製品を製造する段階と、
・ガラス繊維製品の熱脱サイジングの段階、すなわち、サイジング中に１本以上のフィラメントに塗布されたサイジング剤の揮発および／または燃焼による脱サイジングの段階と、
を含む。
【００１４】
ガラス繊維製品に変換される溶融ガラスは、リッチ酸化剤を有する燃料の燃焼によって加熱される溶融炉中で製造される。本発明の状況では、用語「リッチ酸化剤」は、８０体積％〜１００体積％の酸素含有量を有するガスを意味するものと理解される。燃焼によって、溶融のための熱と煙道ガスとが発生する。発生する煙道ガスは、１０００℃〜１６００℃の間の温度で溶融炉から排出される。
【００１５】
リッチ酸化剤を用いた燃焼によって、高効率で溶融炉が加熱される。
【００１６】
リッチ酸化剤を有する燃料の燃焼による溶融炉の加熱は、炉が、たとえば電極などのさらなる手段によっても加熱されることを排除するものではないことに留意すべきである。
【００１７】
本発明によると、製造方法の第１のエネルギー最適化は：
・排出される煙道ガスの熱交換アセンブリ中での熱交換によって空気が加熱されることで、高温空気が得られ、
・熱交換アセンブリ中の高温空気との熱交換によって反応物が予熱されることで、予熱された反応物と、２００℃〜５００℃の間の温度の中間空気（ｍｏｄｅｒａｔｅｄ  ａｉｒ）とが生成され、
・予熱された反応物が、炉の中の燃焼反応物として使用されることで行われる。
【００１８】
反応物は、リッチ酸化剤および気体燃料から選択される。好ましい一実施形態によると、リッチ酸化剤は、炉の中で使用される前に予熱される。炉の中で使用する前に、リッチ酸化剤および気体燃料の両方を予熱することも可能である。この場合、２つの反応物の予熱は、連続して、または並行して行うことができる。
【００１９】
製造方法の第２のエネルギー最適化は、中間空気中に依然として存在する残留熱が利用するために、熱交換アセンブリから得られる中間空気が、溶融ガラスからガラス繊維製品への変換中に使用されることで行われる。
【００２０】
熱交換アセンブリから得られる中間空気は、特に、好ましくはガラス繊維製品上に存在するサイズの揮発および／または燃焼を促進するために、中間空気をガラス繊維製品と接触させることによって、ガラス繊維製品の脱サイジング中に使用される。
【００２１】
ガラス製品がその脱サイジング温度にされる脱サイジング炉を燃焼により加熱するための酸化剤として、脱サイジング中に中間空気を使用することも可能である。
【００２２】
本発明によると、熱交換アセンブリから得られる中間空気が、ガラス繊維製品の脱サイジング中に使用されることで、このように溶融と、溶融の下流における溶融ガラスの変換との間でエネルギーの相乗作用が得られる。
【００２３】
中間空気は、溶融ガラスの変換の１つ以上の別の段階で使用することもできる。
【００２４】
したがって、本発明は、前述のような脱サイジング段階中に熱交換アセンブリから得られる中間空気の使用と、熱交換アセンブリから得られる中間空気の１つ以上の別の使用とを併用方法も含んでいる。
【００２５】
たとえば、中間空気は、サイジングの段階中に、たとえばサイジング剤用の噴霧剤としての中間空気の使用によって、有利に使用することもできる。
【００２６】
変換が、１本以上のフィラメントまたはそれらを含有するフィラメントを乾燥させる段階を含む場合、１本以上のフィラメントまたはストランドと接触する乾燥剤として中間空気を使用することができる。フィラメントの乾燥は、特に、サイジング剤中に存在する水または別の溶媒を蒸発または揮発させることによってサイジングされるフィラメントにサイジング剤を定着させるために有用となり得る。
【００２７】
中間空気は、ストリームの繊細化中に使用することもできる。
【００２８】
ａ）巻取機または類似の巻取部材による機械的繊細化と、
ｂ）１つ以上のガス繊細化流によるガス摩擦による繊細化と、
ｃ）遠心機による遠心力による繊細化と、
の間で区別が行われる。
【００２９】
遠心力による繊細化は、工業的な実施においては一般にガス摩擦による繊細化と併用される。
【００３０】
火炎繊細化としても知られているガス摩擦による繊細化の第１の実施形態によると、ガラスストリームは冷却され、固化されて、ガラスロッドが得られる。このガラスロッドが火炎中に導入される。これによってロッドの末端は溶融し、続いて、１本以上のガラスウールフィラメントを形成するために、火炎の燃焼ガスによって繊細化される。火炎繊細化によって、非常に細いガラス繊維の製造が可能となるが、特にガラスを２回溶融させるために、大量のエネルギーを消費する欠点を示す。火炎繊細化は、一般に、付加価値の高い製品に使用される。
【００３１】
エネルギー消費がわずかに少なく、ガス繊細化としても知られているガス摩擦による繊細化の第２の方法によると、溶融ガラスストリームを、直接、すなわち固化段階を通さずに、蒸気または燃焼ガスの流れなどの繊細化ガスの１つ以上の流れまたはジェットに衝突させる。
【００３２】
遠心力による繊細化とガス摩擦による繊細化とを併用する周知の方法の１つによると、溶融ガラスストリームが遠心機中に導入され、遠心力によって多数の溶融ガラスフィラメントに変換される。次に、前記フィラメントは、遠心機を取り囲む繊細化ガスの円筒形のカーテンによって繊細化される。この後者の方法によって、絶縁用のガラス繊維の大部分が製造される。
【００３３】
ガス摩擦による繊細化を効果的にするために、繊細化中のガラスの粘度は、十分に低くなる必要があり、次にこのためには繊細化ガスが非常に高温である必要があり、それによって、ガラスを低粘度に対応する高温にすること、および／またはその高温に維持することが可能となる。
【００３４】
したがって、未公開特許出願の仏国特許出願第１，５５７，３４４号明細書により詳細に記載されるように、熱交換アセンブリから得られる中間空気は、１つ以上の繊細化ガス流を形成するため、または１つ以上の繊細化火炎を形成するために使用することができる。これによって、方法の繊細化段階のエネルギー消費を大幅に減少させることができる。
【００３５】
溶融ガラスからガラス繊維製品への変換が、フィラメントまたはそれらを含有するストランドのテクスチャー加工の段階を含む場合は、中間空気をテクスチャー加工用ガス流として、特にテクスチャー加工用空気乱流ジェットとして使用することができる。
【００３６】
本発明の状況では、異なる温度の２つの流体の間の「熱交換」は、２つの流体の直接接触および混合が起こらない１つ以上の壁を介して、熱または熱エネルギーが、２つの流体の一方（より高温の流体）から２つの流体の他方（より低温の流体）に向かって移動することを意味するものと理解される。
【００３７】
「熱交換器」または「交換器」は、異なる温度の２つの流体が、２つの流体の間で直接接触したり混合したりすることなく、別個のチャンバーまたは循環路中を移動するプラントまたは装置であって、プラントまたは装置の中で、２つのチャンバーまたは循環路を分離する１つ以上の壁を介して、熱が最も高温の流体から最も低温の流体まで伝達されるプラントまたは装置を意味するものと理解される。用語「フィラメント」は繊細化されたストリームを意味する。
【００３８】
熱交換アセンブリは、有利には、一次交換器および二次交換器を含む。次に一次交換器中で炉から排出された煙道ガスとの熱交換によって空気が加熱され、一次交換器から得られる高温空気との熱交換器によって二次交換器中で反応物が予熱される。
【００３９】
一実施形態によると、熱交換アセンブリは一次交換器および二次交換器を含み、一次交換器中で炉から排出された煙道ガスとの熱交換によって空気が加熱されて、５００℃〜８００℃の間の温度の高温空気が得られ、一次交換器から得られる高温空気との熱交換によって二次交換器中で燃焼反応物が予熱される。
【００４０】
好ましくは、少なくとも１つのリッチ酸化剤が、炉中でのそれらの使用の上流の二次交換器中で予熱される。
【００４１】
ガラス繊維製品の脱サイジングは、一般に、脱サイジング炉中でのガラス繊維製品の熱処理を含む。
【００４２】
脱サイジング炉は、燃焼によって、特に熱交換アセンブリから得られる中間空気を用いた燃料の燃焼によって加熱することができる。しかし、脱サイジング炉は、電気加熱素子によって加熱されることが多い。
【００４３】
脱サイジング炉中の温度は、サイジング剤の性質、および脱サイジングプロセスによって決定される。
【００４４】
たとえば、揮発による脱サイジングのための炉では、脱サイジング炉中の温度は、サイジング剤を少なくとも部分的に揮発させることが可能となるが、熱交換アセンブリから得られる中間空気の存在下でサイジング剤の自己発火温度には到達しないように制御される。
【００４５】
燃焼による脱サイジングのための炉では、脱サイジング炉中の温度は、脱サイジング炉の少なくとも一部が、二次交換器から得られる中間空気の存在下でサイジング剤の自己発火温度に到達するように制御される。
【００４６】
両方の場合で、ガラス繊維製品の機械的強度に対する脱サイジングの悪影響を制限するために、脱サイジング炉中の温度は、あらかじめ決定された閾値（Ｔｍａｘ）未満に維持される。
【００４７】
同様に、脱サイジング熱処理の時間は、必要な脱サイジングレベルに到達するのに十分な長さとなるが、製品の機械的強度が容認できないほど低下するあらかじめ決定された時間（Δｔｍａｘ）には到達しないように調節される。
【００４８】
揮発による脱サイジングの温度は、好ましくは２５０℃〜３８０℃の範囲内に設定される。燃焼による脱サイジングの温度は、有利には４７５℃〜８２０℃の範囲内に設定される。
【００４９】
本発明の特定の一実施形態によると、脱サイジングは、ガラス繊維製品の揮発による脱サイジングの第１段階、続いてガラス繊維製品の燃焼による脱サイジングの段階を含む。これら２つの連続する段階は、ただ１つの脱サイジング炉中で行うことができ、実際にはさらには２つの連続する脱サイジング炉中で行うことができる。２つの段階の１つの間、またはこれら２つの連続する段階の間に、熱交換アセンブリから得られる中間空気をガラス繊維製品と接触させることができる。
【００５０】
脱サイジング段階は、連続脱サイジング段階、すなわち、ガラス繊維製品が脱サイジング炉を連続的に通過する段階であってよい。脱サイジング段階は、バッチ式脱サイジング段階であってもよい。バッチ式脱サイジング段階と連続脱サイジング段階とを併用することも可能である。特に、燃焼による脱サイジングは、好ましくは連続脱サイジングである。
【００５１】
熱交換アセンブリから得られる中間空気中に存在する熱エネルギーによって、本発明による脱サイジング段階中に中間空気を使用することで、特に熱交換アセンブリから得られる中間空気の流れによってガラス繊維製品が流されるときに、脱サイジング中の加熱エネルギーを大きく節約することができ、および／または脱サイジング段階の時間をより短くすることができる。本発明によって、ガラス繊維製品の機械的強度に対する悪影響を生じさせることなく、これらの利点を実現できることにも留意すべきである。
【００５２】
脱サイジング段階の後、ガラス繊維製品は、特にガラス繊維製品上にサイズが存在すると問題が生じる場合に仕上げを行うために、仕上げまたはドレッシングの段階を行うことができる。
【００５３】
たとえば、仕上げ段階は、染色段階であってよいし、またはそれを含むことができ、脱サイジングによって、製品の染料によるより良好な被覆率、および／または染料の製品へのより良好な定着が可能となる。染色は、特に純粋または混合ガラス繊維布製品の場合に有利となる。ガラス繊維布製品としては、ガラス繊維織布、ガラス繊維不織布、ガラス繊維編物などが挙げられる。
【００５４】
仕上げ段階は、ガラス繊維製品への接着剤の塗布であってもよいし、またはそれを含むことができる。脱サイジングによって、製品の接着剤によるより良好な被覆率、および／または接着剤のガラス製品へのより良好な定着が可能となり、次に接着剤によって、ガラス製品と、多くの場合にマトリックスとして知られる別の材料との間のより良好な接着が可能となる。接着剤の塗布は、特に、強化用の繊維またはストランドおよび強化用布などのガラス繊維強化用製品の場合に有利となる。接着剤は、一般に、マトリックスの性質により選択される。ガラス繊維強化製品は、たとえばブレーキライニング、プリント回路基板、屋根板、パイプまたはタンクの被覆としての射出成形部品などの強化などの非常に多数の用途を有する。あるマトリックス／ある用途の場合、脱サイジング自体によって、ガラス繊維製品とマトリックスとの間に十分な接着を形成することができる。
【００５５】
仕上げ段階は、数個のガラス繊維製品を互いに接着接合するため、またはたとえばガラス繊維濾過シートの場合などのガラス繊維製品中に存在するガラス繊維を互いに接着接合するための、ガラス繊維製品への接着剤の塗布であってもよいし、またはそれを含むことができる。
【００５６】
仕上げ段階の別の一例はガラス繊維製品の防水加工である。
【００５７】
ガラスストリームの均一性、したがって、ストリームの繊細化によって得られる１本以上のフィラメントの均一性および品質を改善するために、溶融ガラスは、紡糸前に清澄することができる。
【００５８】
ガラスの溶融および清澄は、炉の同一の溶融／清澄チャンバー中で行うことができ、そのため、清澄ゾーンは、ガラスの流動方向で、溶融ゾーンの下流、および溶融ガラス出口の上流に位置する。
【００５９】
溶融および清澄は、溶融炉の別個のチャンバー中で行うこともでき、清澄チャンバーは溶融チャンバーの下流に配置される。したがって、溶融炉は、これら２つのチャンバーを含むものと見なされる。
【００６０】
一実施形態によると、溶融ガラスは、溶融炉の出口において、たとえば溶融炉の溶融ガラス出口に位置するブッシングを通って直ちに押出成形される。
【００６１】
別の一実施形態によると、炉から得られた溶融ガラスは、パイプラインによって溶融炉から、すなわち炉の溶融ガラス出口から、溶融ガラスをストリームに紡糸するためのブッシングに向けて輸送される。
【００６２】
本発明の状況では、用語「ブッシング」は、溶融ガラス浴から１つ以上の溶融ガラスストリームを製造可能にする任意の紡糸装置を意味する。いくつかの実施形態では、孔の開いた金属板などのブッシングを提供することができる。押出成形／紡糸用の１つ以上の穿孔が、（部分的に）固化した、実際にはさらに結晶化したガラスによって部分的または完全にふさがれるのを防止するために、ブッシングは、それ自体を加熱することができ、たとえば電気的に加熱することができる。
【００６３】
前述のように、本発明による方法は、多種多様のガラス繊維製品の製造、特に、ガラスストランド、ガラス繊維布製品、ガラス強化用製品、およびガラス繊維によって強化された製品、ガラス繊維ジオテキスタイル、ガラス繊維フィルター、またはさらにはガラス繊維を主成分とする防音および／または断熱および／または防火製品の製造に有用である。
【００６４】
本発明は、本発明による製造方法の実施に使用可能なプラントにも関する。
【００６５】
本発明のプラントは、ガラス溶融炉と、溶融ガラスをガラス繊維製品に変換するための変換ユニットとを含む。
【００６６】
プラントの溶融炉は、固体材料から溶融ガラスを製造することが意図される。これは、溶融ガラス出口と、煙道ガスの出口と、リッチ酸化剤、すなわち８０体積％〜１００体積％の酸素含有量を有する酸化剤を有する燃料を燃焼させるための少なくとも１つのバーナーとを含む。
【００６７】
溶融炉は、一般に、この種類の数個のバーナーを含む。
【００６８】
既に前述したように、溶融炉は、少なくとも１つの前述のバーナーを補完する別の加熱装置をさらに含むことができる。
【００６９】
プラントの変換ユニットは、溶融炉から得られる溶融ガラスを少なくとも１つのストリームに紡糸するためのブッシングとして知られる装置を含み、ブッシングは、特に、溶融炉の溶融ガラス出口に流体的に接続される。
【００７０】
変換ユニットは、ブッシングから得られる少なくとも１つのストリームを１本以上のフィラメントに繊細化するための繊細化装置と、１本以上のフィラメントのサイジングのためのサイザー（ｓｉｚｅｒ）と、サイジングされた１本以上のフィラメントを収集するためのコレクターと、サイジングされ収集された１本以上のフィラメントからガラス繊維製品を製造するためのアセンブリと、ガラス繊維製品の脱サイジングのための脱サイジング炉とを含むこともできる。
【００７１】
変換ユニットは、場合により、１本以上のフィラメントを乾燥させるための乾燥機、および／または１本以上のフィラメントまたはそれらを含有するストランドのテクスチャー加工のためのチャンバーをも含む。
【００７２】
プラントの繊細化装置は、有利には、前述の繊細化方法のいずれか１つを実施するために適切なものである。したがって、繊細化装置は：
・巻取機もしくは同様の装置などの１つ以上の機械的繊細化装置、または
・火炎繊細化のための１つ以上のバーナー、または
・ガス繊細化のための１つ以上のガス流発生器を含むことができ、前記ガス流発生器は、繊細化ガス流として使用される燃焼ガス流を発生させるバーナーであってよいことが知られている。
【００７３】
繊細化装置は、遠心力による繊細化のための遠心機と、遠心機から得られるストリームのガス繊細化のための１つ以上のガス流発生器との組合せを含むこともでき、これは前記発生器が、前述のようにバーナーである場合に可能となる。
【００７４】
繊細化装置によって１本以上の連続フィラメントが製造される場合、コレクターは、巻取機、または１本以上のフィラメントを巻き取るための別の装置であってよい。したがって、機械的繊細化装置およびコレクターの両方として巻取機を使用することが可能である。
【００７５】
コレクターは、１本以上のフィラメントがその上で収集されるコンベアであってもよい。１つ以上のストリームが繊細化されて多数のフィラメントが得られる場合、特に多数の短いフィラメントが得られる場合に、このようなコンベアが特に示される。
【００７６】
本発明によるプラントは、溶融炉の高エネルギー効率が可能となり、溶融炉と炉の下流に位置する変換ユニットとの間のエネルギーの相乗作用も可能となるように設計される。
【００７７】
この目的のために、プラントは、炉から排出される煙道ガスとの熱交換によって空気を加熱するため、およびこうして得られた高温空気との熱交換によって燃焼反応物を予熱するための熱交換アセンブリを含む。予熱された燃焼反応物と中間空気とがこうして得られる。熱交換アセンブリは、空気源と、炉の煙道ガス出口と、燃焼反応物源とに流体的に接続され、燃焼反応物源はリッチ酸化剤源または気体燃料源である。熱交換アセンブリは、中間空気出口と予熱された反応物の出口とを示す。
【００７８】
溶融炉中の燃焼反応物として予熱された反応物を使用できるようにするため、熱交換アセンブリの予熱された燃焼反応物の出口が、溶融炉の１つ以上のバーナーに流体的に接続される。
【００７９】
本発明によると、脱サイジング炉内部の中間空気とガラス繊維製品が接触可能となるように、および／または燃焼によって脱サイジング炉を加熱するための酸化剤として熱交換アセンブリから得られる中間空気を使用可能となるように、熱交換アセンブリの中間空気出口が脱サイジング炉と流体的に接続される。
【００８０】
好ましくは、脱サイジング炉内部の中間空気とガラス繊維製品が接触可能となるように、熱交換アセンブリの中間空気出口が脱サイジング炉と流体的に接続される。
【００８１】
二次交換器出口における中間空気の流量および温度であれば、ガラス繊維製品の熱脱サイジングを促進するためのこの中間空気の使用が特に有効であることが分かり、したがってプロセス全体のエネルギー効率を顕著に改善することが可能となる。
【００８２】
本発明の状況では、２つの要素の一方からの流体の流れが、パイプまたはパイプラインを通って２つの要素の他方に向かうことが可能となるように、２つの要素がこのパイプまたはパイプラインによって接続される場合に、２つの要素が「流体的に接続される」。
【００８３】
空気源は、たとえば送風機であってよい。
【００８４】
熱交換アセンブリは、好ましくは少なくともリッチ酸化剤の予熱が可能であり、実際にはさらにリッチ酸化剤および気体燃料の予熱が可能である。
【００８５】
リッチ酸化剤源は、たとえば、空気の気体を分離するためのユニット、または液化されたリッチ酸化剤用のパイプラインもしくはタンクであってよい。
【００８６】
熱交換アセンブリは、有用には、溶融炉から排出される煙道ガスと加熱される空気との間の熱交換のための「一次交換器」または「一次熱交換器」と記載される第１の熱交換器を含み、さらに一次交換器から得られる高温空気と予熱される反応物との間の熱交換のための「二次熱交換器」または「二次交換器」と記載される第２の熱交換器をも含む。この場合、一次交換器は、空気源および溶融炉の煙道ガス出口に流体的に接続される。二次交換器は、予熱される反応物の供給源に流体的に接続される。二次交換器は、予熱される燃焼反応物の出口および中間空気出口をも示す。
【００８７】
リッチ酸化剤および気体燃料の予熱を可能にする一実施形態によると、熱交換アセンブリは第１および第２の二次交換器を含み、第１の二次交換器はリッチ酸化剤源に流体的に接続され、第２の二次交換器は気体燃料源に流体的に接続される。
【００８８】
既に前述したように、本発明のプラントは、リッチ酸化剤の予熱のための二次交換器と、気体燃料の予熱のための二次交換器との２つの二次交換器をバーナーの上流に含むことができ、バーナーは、２つの二次交換器の第１のものから予熱されたリッチ酸化剤を受け取り、２つの二次交換器の第２のものから予熱された気体燃料を受け取ることができる。これら２つの二次交換器は、一次交換器から得られる高温空気の流れに対して直列または並列に配置することができる。
【００８９】
ガラス繊維製品の性質によるが、収集された１本以上のフィラメントからガラス繊維製品を製造するためのアセンブリは、切断装置、ストランド形成装置、加撚装置、テクスチャー加工装置、被覆装置、編組装置、製織装置、および編成装置の１つ以上の装置を含むことができる。
【００９０】
ガラス繊維製品に想定される使用によるが、たとえば本発明による方法に関して前述した仕上げ方法の１つを行うために、本発明によるプラントは、脱サイジング炉の下流に仕上げユニットを含むことができる。
【００９１】
本発明の炉は、前述のような溶融／仕上げ炉であってよい。
【００９２】
ブッシングは、溶融炉の溶融ガラス出口に配置することができる。プラントは、溶融ガラスをこの溶融ガラス出口からブッシングに向けて輸送するためのパイプラインを含むこともできる。
【００９３】
本発明は、未公開特許出願の仏国特許出願１，５５７，３４４号明細書に規定されるようなプラントにも対応する前述のようなプラントをも含んでいる。
【００９４】
たとえば、熱交換アセンブリの中間空気出口は、変換ユニットの以下の装置の１つ以上と流体的に接続することもできる：
・繊細化装置：熱交換アセンブリから得られる中間空気によって繊細化火炎またはガス繊細化流を形成するため；
・サイザー（存在する場合）：バインダーを噴霧するための物質として熱交換アセンブリから得られる中間空気を使用するため；
・架橋用チャンバー（存在する場合）：特に、熱交換アセンブリから得られる中間空気とサイジングされたフィラメントを接触させることによって、架橋を促進するために、熱交換アセンブリから得られる中間空気を使用するため；
・乾燥機（存在する場合）：１本以上のフィラメントまたはそれらを含有するストランドと接触する乾燥剤として熱交換アセンブリから得られる中間空気を使用するため；
・テクスチャー加工チャンバー（存在する場合）：テクスチャー加工用ガス流、特にテクスチャー加工用空気乱流ジェットとして熱交換アセンブリから得られる中間空気を使用するため。
【００９５】
このようなプラントの好ましい一実施形態によると、繊細化装置は、熱交換アセンブリから得られる中間空気を有する燃料の燃焼によって、繊細化火炎を形成するため、または繊細化ガス流を形成するための繊細化バーナーを含み、次に前記繊細化バーナーは、熱交換アセンブリの中間空気出口と流体的に接続される。
【００９６】
特に好ましい一実施形態によると、繊細化装置は、１つ以上のストリームの遠心力による繊細化のための遠心機を含み、遠心機から得られるフィラメントのガス繊細化のための繊細化バーナーも含む。この場合、繊細化バーナーは、有利には、遠心機の周囲に繊細化ガス流を生成可能な環状であり、繊細化バーナーへの酸化剤として中間空気を供給するために熱交換アセンブリの中間空気出口と流体的に接続される。
【００９７】
本発明によるプラントは、有用には、繊細化装置を取り囲むフードを含む。このフードはサイザーおよび／または乾燥機を取り囲むこともできる。多数の短いフィラメントの製造がプラントに意図される場合、フードによって、プラント運転中のフィラメント飛散の防止または制限が可能となる。フードによって、さらにより一般的には、繊細化条件、実際にはさらにサイジングおよび／または乾燥条件のより十分な制御も可能となる。
【００９８】
多数の短いフィラメントの製造がプラントに意図される場合、コレクターは、好ましくはフードの下または底部に配置される。
【００９９】
本発明によるプラントは、多種多様のガラス繊維製品の製造、特に、ガラスストランド、ガラス繊維布製品、ガラス強化用製品、ガラス繊維によって強化された製品、ガラス繊維ジオテキスタイル、ガラス繊維フィルター、またはガラス繊維を主成分とする防音および／または断熱および／または防火製品などの製造に有用となりうる。
【０１００】
本発明およびその利点が、以下の例で説明され、図１が参照され、この図は、連続ガラス繊維ストランド、特に強化用ストランドの製造のため、さらにはこの強化用ストランドにより強化される製品の製造のための方法およびプラントの概略図である。このようなガラス繊維ストランドは、ガラス繊維布または強化用繊維の製造に使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】連続ガラス繊維ストランド、特に強化用ストランドの製造のため、さらにはこの強化用ストランドにより強化される製品の製造のための方法およびプラントの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０２】
図１に示されるプラントは、多数のバーナー１２（図中には１つだけのバーナーが示されている）によって加熱されるガラス溶融炉１０を含む。この目的ために、典型的には９５体積％〜１００体積％の間の酸素を含有するガスであるリッチ酸化剤２８ａと、天然ガスなどの気体燃料２９ａとが、前記バーナー１２に供給される。
【０１０３】
電気的手段によって加熱されるブッシング５１が、炉１０の溶融ガラス出口に配置される。ブッシング５１によって形成された溶融ガラスストリーム５５は、フード５０の内部で冷却され、それによって前記ストリームの底部で固化ガラスのロッドが得られる。繊細化バーナー５４によって、フード５０の内部のこのロッドの下端で繊細化火炎５７が形成される。繊細化火炎５７によって、ロットの末端が柔軟性となる。こうして柔軟性となったガラスは、火炎５７の燃焼ガスによって繊細化されて連続フィラメント５６が得られる。このフィラメントは、次に、サイジングドラム５２によってサイジングされ、その後、ストランド形成装置５３に入る。この装置は、数本のサイジングされたフィラメント５６からのストランド形成によってガラス繊維ストランドを形成する。こうして得られたガラスストランド６１は、ストランド６１の揮発による部分的な脱サイジングのために、第１の脱サイジング炉６０ｂ中に導入される。部分的に脱サイジングされたストランドは、次に、第２の脱サイジング炉６０ａ中に導入され、そこでストランドの燃焼による脱サイジングが行われる。ストランドが、強化されるマトリックス中に混入されるか、または強化される材料に固定されるかのいずれかである場合、ガラスストランドで強化される製品を製造するためのユニットに後に供給するために、脱サイジングされたストランド６２は、次に、ドラム７０によって接着剤で覆われる。
【０１０４】
本発明によると、燃料２９ａとリッチ酸化剤２８ａとの燃焼によって生成する煙道ガスまたは燃焼ガスは、溶融炉１０から排出され、コンプレッサー２３によって供給される圧縮空気２４を加熱するために一次交換器２０中に導入される。一次交換器２０の下流で、煙道ガスは、典型的には汚染物質を除去する処理が行われた後に煙突１１を通って排出される。一次交換器２０から得られる高温空気２５は、リッチ酸化剤２８ａの予熱のための第１の二次交換器２１中に導入され、次に、部分的に中間空気２６の形態で、気体燃料２９ａの予熱のための第２の二次交換器２２中に導入される。第１の二次交換器２１から得られる予熱されたリッチ酸化剤２８ｂと、第２の二次交換器２２から得られる予熱された気体燃料２９ｂとは、燃焼反応物としてバーナー１２に供給される。
【０１０５】
これによって、本発明による製造方法による最初のエネルギーの非常に顕著な節約が可能となる。
【０１０６】
二次交換器２１、２２から得られる中間空気２７中に存在する残留熱は、溶融炉１０の下流の変換プロセスのエネルギー効率を改善するために利用される。
【０１０７】
たとえば、中間空気２７は脱サイジング炉６０ｂおよび６０ａの中に導入され、そこで中間空気６３ｂおよび６３ａがガラスストランドに吹き付けられる。揮発による脱サイジングのための炉６０ｂの中で、このようにして中間空気６３ｂは揮発した成分を脱サイジング炉６０ｂから排出させる。燃焼による脱サイジングのための炉６０ａの中では、中間空気６３ａは、サイズを燃焼させるための酸化剤として機能し、その燃焼生成物を脱サイジング炉６０ａから排出させる。
【０１０８】
図示される実施形態では、脱サイジング炉６０ａおよび６０ｂは電気的に加熱される。燃焼によって脱サイジング炉を少なくとも部分的に加熱することも可能である。
【０１０９】
この場合、脱サイジング炉の加熱のための酸化剤として、熱交換アセンブリから得られる中間空気を使用すると有利となる。
【０１１０】
中間空気２７の別の部分３８は、繊細化火炎５７を発生させる繊細化バーナー５４中の酸化剤として使用される。
【０１１１】
図示される実施形態は、たとえば、１００ｔｐｄ（トン／日）の強化用繊維を製造する溶融炉とともに有利に使用することができる。溶融炉は、１０個の酸素バーナーによって加熱され、そのそれぞれは平均で５００ｋＷの出力が得られる。１００ｋＷｅ〜２ＭＷｅ程度の電気エネルギーの寄与が、製造条件により必要となりうる。
【０１１２】
溶融ガラスは、チャネル１つ当たり５０個のガスバーナーを用いて温度が維持される４つの分配チャネル中に流される。
【０１１３】
燃焼煙道ガスは、１３５０℃で溶融炉から出て、空気を７１０℃の温度まで再加熱する。５００Ｓｍ３／ｈの天然ガスが４５０℃まで予熱され、１０００Ｓｍ３／ｈの酸素が５５０℃まで予熱される。
【０１１４】
３０００Ｓｍ３／ｈの空気が、二次交換器の出口で排出されて４００℃まで冷却される。
【０１１５】
各チャネルの出口で、ガラスは、電気的に加熱されたブッシング中のオリフィスを通って流れ、それによって１００のフィラメントの列が形成される。
【０１１６】
固化したフィラメントは、次に、繊細化バーナーの列から出る高温ガスによって微細化される。
【０１１７】
こうして得られた連続フィラメントのサイジングのために、チャネル１つ当たり、２〜３個のサイジングドラムの列が配置される。
【０１１８】
フィラメントは、次に、それらの想定される使用に依存して、ガラス繊維製品に変換され、たとえば、ガラスストランドが製造されるストランド形成、ガラス布を製造するための製織などが行われ、この変換では、フィラメント上にサイズが存在することが必要である。
【０１１９】
ガラス繊維製品は、次に、２つの脱サイジング炉中に連続して導入され、最初に、製品の部分的な脱サイジングのために、２５０℃〜３８０℃の間の温度での揮発による脱サイジング用の炉の中に導入され、次に、製品の最終的な脱サイジングのために、４７５℃〜８２０℃の間のより高温での燃焼による脱サイジングための炉の中に導入される。
【０１２０】
脱サイジングされた製品は、次に、多くの場合は前述の仕上げの後に、その最終用途のために、たとえば強化用製品として使用される。
【０１２１】
脱サイジング炉には、３００℃の中間空気流が供給され、この中間空気流がガラス繊維製品に吹き付けられ、中間空気流によって脱サイジング生成物が炉から排出され、中間空気は、熱交換アセンブリと脱サイジング炉との間の移動中に熱を失うことで部分的に冷却される（一般に１０℃〜１００℃）。
【０１２２】
ガラス繊維製品の脱サイジングにおいて熱交換アセンブリから得られる中間空気を使用すると、脱サイジング炉のエネルギー消費が大きく減少することによって、および／または脱サイジング時間が短縮されることによって、サイジングプロセスの主要な最適化が可能となり、このことは、最小限の追加設備、実質的には熱交換アセンブリの中間空気出口と脱サイジング炉とを接続するパイプラインによって実現される。
【図１】
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【国際調査報告】
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