本发明关系到矿物棉的一种生产方法，矿物棉是由具高熔点或高液相线温度的热塑性矿物材料构成。更精确地说，本发明是关于使用一种纤维化过程的方法，它是对熔融的矿物材料进行所谓的内部离心过程。该热塑性材料更确切地说是玄武岩材料，天然的或改性的玄武岩，或者是钢铁工业的副产品，特别是高炉炉渣（熔渣）。一般说来，本发明用于矿物棉，即具有广泛用途（特别是在隔热和隔声领域）的所谓石绒的生产。 一方面，选择这些材料是因为它们的成本低，另方面也是由于它们的性能，特别是它们具有良好的耐高温的性能。然而，它们的生产也有一些特殊问题。这些问题特别来自于这些材料可加工的条件。
它们较高的熔化温度本身就产生了一个困难。熔化温度是保证原材料熔融所必需升至的温度。并且在生产中，材料必需保持在这个温度之上，以便于在它转化为纤维之前不会固化。
另一个特别要将这些材料与大多在玻璃棉生产中所用的一些玻璃加以辨别的是，在很接近液相线温度时它们地流动性通常很大。
也是由于这所要求的高温，与这些要被纤维化的材料接触的一些设备要受到强烈的腐蚀。即使与普通的玻璃接触，这些设备的工作寿命也是一个问题。对于液相线温度高的材料，这问题甚至变得更严重。
在过去，上述一些困难表明，对于所讨论的材料，仅仅只可以使用某些纤维化技术。基本上有两种技术：对熔融的矿物材料进行离心的即旋转抛出的技术，以及将材料通过一个固定的喷嘴流出，然后用常加速至超音速的气流使它拉细成为纤维（鼓风拉丝法）。
关于使用固定喷嘴的技术，需要应用能够承受熔融矿物材料腐蚀作用的喷嘴。通常这些喷嘴是铂喷嘴，它能够承受甚至在这样高温下所产生的腐蚀作用。然而每只喷嘴的生产能力是有限的。另外，采用这种拉细气流造成比较高的能量费用。
应用离心即旋转抛出的技术，每套设备则有较大的产量。为了指出熔融矿物材料是保持在离心器之外，这些技术可用通用术语“外部离心法”来概括。熔融的矿物材料或者加到一只盘子的前表面，或者加到一只圆柱形转子的周边表面，或好几个上述装置的表面上。这些技术的一个优点是与熔融矿物材料接触的设备部件比较简单。就这种相对简单而论，上述部件，特别是离心轮比较便宜，因此可以承受在相对较短的时期内予以调换。这些材料成本占总生产成本的比例保持较低。因此，这些设备部件与熔融矿物材料接触所受到的强烈腐蚀并不构成一种障碍。
用外部离心法生产矿物棉的主要缺点在于最终产品的性能比主要用称为内部离心法生产的玻璃棉产品的性能要差些。
在外部离心法中，材料流到一些离心轮中，再以大量小液滴状被抛离离心轮。液滴一旦抛出，就被拉伸，明显地形成纤维。显然，根据这种纤维形成机理，离心抛出的材料的相当大部分仍为未纤维化颗粒的形状。超过100μm大小的颗粒的重量比例可高达喂入该加工过程材料的40%。虽然有若干种方法可用来分离这些未纤维化的颗粒子，但是矿物棉成品决不会完全没有这种颗粒，这种颗粒至多是没有用处的，但在一些特定用途中还会引起麻烦。
应该指出，液滴的形成不仅仅是外部离心法的必然后果，而且取决于所述材料的流变特性。即使在仅比其液相线温度略高一点，根据本发明加工的材料的粘度一般已较低。流动性相当好的熔融矿物材料形成为纤维比较困难，由于丝有容易断裂形成液滴或小珠的趋向。外部离心技术在某种程度上是依靠这个趋向的，然而难以消除它的一些缺点。
本发明的一个基本目标是提出一个以较高液相线温度和较低粘度（例如在液相线温度下粘度低于5，000泊，大多数在液相线温度下低于3，000泊，甚至1，000泊）的材料制造矿物棉的过程，而过程的条件使得可以获得基本上没有非纤维化颗粒的矿物棉。
通过本发明已表明，有可能生产较高液相线温度特别是液相线温度超过1，200℃的材料的矿物棉。其方法是令熔融矿物材料从周边壁上有大量小孔的离心器藉离心抛出。在生产过程中，离心器温度保持在材料由于结晶可能阻塞小孔的温度之上，在离心器周围则有一气态氛围，使得从离心器小孔射出的许多圆锥形尖端（它们的长度能够相互独立地改变）与对应于粘度为100泊，或最好为250泊到300泊的气流等温线相交，或者伸入一个冷却至其温度对应于粘度在100泊以上或最好在250到300泊以上的区域。
为了使材料纤维化，一定要使材料在离心器内不结晶，一定要有允许材料被拉细为纤维的粘度。大家知道，超过80，000泊，粘滞性对拉细纤维就成为实际上不可克服的障碍，至少在工业生产条件下是如此。但是，用本发明范围所考虑的材料，实际上也不可能采用80，000泊这个值，因为这时材料从一个低得多的粘度转变到无穷大的粘度值。在这些情况下，粘度的上限乃是材料的粘度μ仍符合所谓Vogel-Fulcher-Tammann方程式的最低温度所对应的粘度，该方程式为
lgμ＝A+ (B)/(T-C)
式中：T是温度，℃;A、B和C是与所述材料有关的常数，它们显然可从这材料的三对μ和T的测量数据计算出。在多数情况下，经考虑的这个上限实际上在3，000泊或3，500泊的范围（即lgμ的值在3.47到3.54之间;为此，对应于lgμ＝3.5的温度将在下面给出）。
另一方面，在拉细成纤维的时刻，材料不可有太大的流动性。在100泊数值（lgμ＝2）以下，有时甚至实验上发现在200-320/350泊（lgμ＝2.3到lgμ＝2.5）以下时，熔融矿物材料将形成小滴，最后以小珠的形式存在于产品之中。在本发明的实验中，对于粘度在约100泊时，观察到小珠的重量比例低于10%，粘度超过320/350泊，小珠的重量比例低于5%。必须指出，100泊的这个下限是比较高的，它是表征着本发明的用外部离心法，材料是在低至几十泊的低粘度情况下成形的，如上所述，则将形成大量的小珠。
解决材料变成小液滴的问题和由此要求的100/350泊极限不仅仅要求是在材料通过离心器小孔的时刻，而且在离心器外面发生的材料被拉细成纤维的整个时期都必须满足。因此结论是离心器的周围不应太热，以免材料的粘度仍然不适当地过低。
这里，可以考虑材料通过的四个温度区域：
-离心器壁的温度，它与小孔内矿物材料的温度相同;
-盘状离心器周围几毫米厚区域内气体的温度，该区域称为离心器周围的边界层;
-从矿物熔体逐渐变细的圆锥体的自由端点径向伸出几（5到10）毫米区域内气体的温度，此区域称为冷却区;
-在上面两个区域的中间区域内的气体温度，此中间区域称为拉细区。
根据本发明，产生在离心器周围的气流温度的分布情况是这样，使得在拉细区域内，环境温度以及被拉细材料的温度对应于至少100泊、最好至少250到300泊的粘度。
例如，可用一热的环状喷气流覆盖于多孔离心器的整个周边壁上，来获得上述的温度分布，此喷气流与其中含有的矿物材料一起能保持该矿物材料在一个足够高的温度以防止析晶。获得上述温度分布的方式进一步还可采用一最好是冷的另一喷气流，它在离心器的整个周边上与热的喷气流交错，将热地喷气流的作用限制在距多孔的边周壁最邻近的区域内。这个纤维化装置的一个同心环状燃烧器产生这一热喷气流，而与所述燃烧器同心安置的一个吹风装置则喷射冷的喷气流，下面将要讲到。
由于具有不同温度的冷、热喷气流的混合必然使得拉细区域的边界位置不精确。因此，最好能够相互独立地分别改变材料的拉细锥的长度，使这些拉细锥或最少是它们的大多数在其全长范围内都处于由喷气流所限定的拉细区域内。根据本发明，通过离心器上小孔的直径和/或离心器的旋转速度可以调节这些拉细锥的长度。
由吹风装置吹出的气流最好是冷的，也就是其温度接近于周围环境的温度，或者例如不超过250℃。在这些情况下，吹风装置产生了一个“冷”环境，它仍处在离心器周围的一个很短距离之内，也就是仍旧在纤维拉细的区域内。这种安排有这样的优点，它可以提高材料熔体的抗变形粘性阻力和表面张力之比，而这个比值对液滴形成是大有关系的。这两个力之间的关系是无量纲数μV/σ的函数，其中μ是材料从小孔射出时刻的粘度，V是它的射出速度，σ是它的表面张力。由于冷吹风装置所吹出的冷气流速度影响粘度μ，也影响材料的喷出速度V，增加了μV乘积，就减小了液滴形成和在产品中生成小珠的倾向。
为了保持离心器的热平稀在足以防止析晶出现的情况，虽然熔融的矿物材料已构成一个很大的热源，还需对其加热。为此目的，最好联合使用这种加热装置。
在离心器外部，这特别是一个象前面提到的环形燃烧器，它最好是内部燃烧，产生一个环形气流，在离心器周边壁上部的附近有较高的温度。最好这个热气流不仅仅沿离心器周边壁流动，也能完全覆盖连接此周边壁与凸缘的连接区域即“喇叭”的一部分，使之也加热。凸缘是用来将离心器固定到它的支撑轴上（在无底离心器的情况下），或用来将离心器与上增强环相连接（在通过底壁传动离心器的情况下）。为此目的，也可使用一些其火焰指向“喇叭”的辅助燃烧器。另一个办法是在距离心器周边壁的上部较大距离的地方安装外部燃烧器，使得气流在接近离心器和到达“喇叭”的有关部分之前已经有些扩张了。但是，上述距离又应保持较小，以致可以维持冲击气流良好的精确性。根据本发明的又一个变通办法，可以使用一个其通道内壁的直径小于离心器外径的环形外部燃烧器。在这个情况下，例如可以装备这样一种燃烧器，它具有几个加长的倾斜排放唇用来为喇叭形的热气流定界。
并且在离心器的外面，装几个带环形磁体的感应加热器，通以高频、最好是中高频的电流。如本身就知道的那样，这环形磁体可以直接装在离心器的下方，并与它同心。联合使用这两个加热装置基本上有助于离心器的热平衡。必需记住，这些加热装置安装得越靠近离心器，它们的效率越好;这样，外部燃烧器主要加热离心器的上部，而环形磁体则主要加热离心器的底部。因为很难加热离心器圆周壁的上部而不加热所有其它附近的金属部件（它们特别是因为被热气流所包围），所述这种双重加热系统就避免了一些技术问题。
这些加热装置之间的又一个基本区别是它们对离心器附近气体温度的影响不同。感应加热器在这方面没有实际上的影响，除了辐射加热以外，不会促使氛围温度升高。而环形外部燃烧器必然地对氛围有很大的加热作用，虽然由于离心器的回转运动和环形气流的高速度所吸入的二次空气反过来抑制了热量进入氛围中。为了获得最佳的纤维质量特别在其机械强度方面，熔体从离心器射出形成纤维之后，此纤维立即暴露于过热的氛围之中没有好处的。在这方面，最好限制从环状外部燃烧器排出的气流的温度。
而且，吹风装置在纤维的拉细方面有独特的效果。在外部燃烧器同样的工作条件下，增加吹风装置的压力就可增加纤维的细度。从另一个观点看，使用了吹风装置可以降低外部燃烧器的鼓风压力，就节省获得同样细度的能量。例如，吹风装置用0.5到4巴之间，最好1到2巴之间的通风压力，可以达到良好效果。
即使以这样改进的观点看，外部加热装置可能不足以保持离心器的热平衡。这个不足必需用附加的安装在离心器内部的加热装置来弥补。最好用与离心器支撑轴同心的发散型内部燃烧器来补充附加热量，它的火焰指向离心器周边壁的内部。最好调节燃料/空气比，使火焰的底部靠近内壁。而且在“喇叭”的内壁上装有一定数目的突起物用作阻挡火焰的装置，这是更有益的。在连续生产中，发散型内部燃烧器最好是提供3%到15%之间的输入热量-这个热量不是来自熔融的矿物材料的。这个热量输入所占份额似乎不甚显著，但是在其所输入的部位方面是非常精确的;此发散型内部加热器精确地装在所需要的地方，因此是极其有效的。
在纤维成型过程中使用的这个发散型内部燃烧器对一个现有技术领域已知的中央内部燃烧器起着有益的补充作用，可是在现有技术中，只是在操作的开始阶段使用它，并且原则上是主要用来加热离心器的底壁-或用作底壁的分配装置（通常称为“杯子”），或者在一般情况下，是加热离心器的中部区域。在熔融的矿物材料喂入之前，中央内部燃烧器预热此杯子或底壁。而根据本发明，这个中央燃烧器最好是一个发出会聚火焰的环形燃烧器，安装在离心器支撑轴和发散型中央内部燃烧器之间。
在操作开始阶段，当然也使用外部加热装置。如果需要，甚至也可以使用火焰喷枪或类似的装置作为辅助加热器。在关键性的操作开始阶段，此时熔融矿物材料的热输入量还未得到，当然使用发散型内部燃烧器。
根据本发明，可利用的材料特别是天然玄武岩，但是也可以是类似的组合物，例如为了改变它的某些性能，在玄武岩中加一些混合料而得到的组合物，或者是一些材料的混合物，使之可以具有玄武岩的主要特性，特别是其温度性能，尤其是通常在高于1，200℃温度下熔化。这些组合物可以是例如高炉炉渣或者一切那些在所谓石绒生产中使用的组合物。所用的材料也包括那些可称之为“玻璃的”组合物。这类材料称为“硬玻璃”，以表明因其熔化温度高而产生的困难。
本发明进一步的优越详情和特征从以下结合图形进行的叙述中明显可见。
图1是现有技术的离心法装置（纵剖面1a）与本发明的离心法装置（纵剖面1b）的比较简图;
图2是表示本发明的一个吹风装置作用的等温线图;
图3是表示环形外部燃烧器作用的等温线简图;
图4到图7是表示纤维形成过程的等温线和纤维成形锥体的简图。
图1a和1b分别表示了现有技术和本发明的纤维成形装置，以此来说明本发明。
本发明的纤维成形装置是从一种过去用于玻璃棉生产的设备发展而来的，在专利说明书FR-B1-2443436和EP-B1-91381中详细地说明了这个原来的设备。以简化的形式在图1a中表示了这种原用的常规设备，它主要由离心器1组成，离心器1的周边壁2上具有许多喷射小孔。周边壁2通过连接区域4与一凸缘3相连接，此连接区域4因为它的形状而称为“喇叭”。如图所示，周边壁2、喇叭4和凸缘3是制成一整体部件的。
凸缘3是装在一根空心的支撑轴5上，熔融矿物材料则经过其空腔进入。
支撑轴5或甚至凸缘3还支撑着一个通常称“杯子”或“篮子”的同心分配装置6。这个分配杯的周边壁上有为数不很多的直径较大的小孔。分配杯用作离心器的底，其作用是分配熔融矿物材料的液流，即将其分为许多股细小液流，这些小液流洒覆在周边壁2的内表面上。
离心器1被一些发散型加热装置所包围：一个环形磁铁是专门用来加热离心器1的底部，主要是补偿因与周围空气接触而造成的冷却，离心器1旋转而吸入的大量空气和一个水冷环状外部燃烧器8强烈冷却于周围的空气。外部燃烧器通道的壁9和10的端部距离心器1有一个很小的距离h，例如是5mm左右，如图1a左上角简图所示。
环形外部燃烧器8产生一高温、高速气流，基本上为垂直方向，这样就沿周边壁2的外表面流动。一方面这个气流用来加热或保持周边壁2的温度，另一方面用来将旋转抛出的熔融矿物质的丝拉细成为纤维。
如图所示，最好用一冷空气吹风环11围绕外部燃烧器8，它的主要目的是限制热气流的径向膨胀，从而防止形成的纤维与环状磁铁7接触。
在离心器的内部有一个内部环状燃烧器12补充这些外部加热器。内部环状加热器位于支撑轴5的里面，仅在纤维成形装置开始工作阶段用来对分配杯进行预热。
如图1b所示，本发明的一个装置也是由与上相同的部件组成，在下面仅讨论其区别。
最突出的不同是关于外部燃烧器13的位置，其通道壁14和15的端部距离心器1的周边壁19的上方有一个距离d′，较详细地表示在图1b的右上角。例如距离h′在15到30毫米范围内，最好是在20到25毫米范围内，这样更加适合，因为这样的距离仍能使气体流动的准确性恨好。而且，通道14的内壁的直径比周边壁19上端的外径小得多。为了引导喷射时的气流，外部燃烧器13的两个倾斜表面16和17相互垂直。为了减轻从外部燃烧器13喷出的热气体的径向膨胀问题，外倾斜表面17仅是内倾斜表面16长度的一半，并终止于基本垂直的壁18处。壁16和18终止的高度与普通外部燃烧器的喷射通道壁的高度相近。
用了外部燃烧器13的这样一个配置，不仅离心器1'的外壁19，而且现在标注为20的喇叭也被加热。然而，气流不应沿喇叭上升以致加热了支撑轴。为了防止这个问题，一个环状突出物21或同样能起密封部件效果的装置例如一个旋转密封，可以安装在这里例如在喇叭一半高度的地方。这个位置就决定了喇叭20被环装气流加热的长度。
此外，在外部燃烧器13上加一个吹风装置24。间隔d'（如有上角附图所示，是按外部燃烧器和鼓风装置的中心喷射轴线比较来测量的）是很小的，例如10到15毫米。这个吹风装置的目的较详细地表示于图2。这张图实际上以简单的形式表示了离心器外壁19，表示了根据本发明修改形式的外部燃烧器13，也表示了此吹风装置。在燃烧器的动压同为350毫米水柱条件下对于吹风装置的三个通风压力值（0.3-1和1.6巴）作出了在周边壁附近的1，300℃的等温线。增加吹风装置的压力使等温线向靠近离心器壁19的方向移动。
另一方面，如图3所示，增加燃烧器的压力引起离心器外壁处所有的等温线很明显地变化，其中吹风装置的通风压力为0.3巴，燃烧器压力从250、350变到450毫米水柱。
在图2和3中还进一步可以看到，吹风装置不是完全垂直地喷射气流，而是稍许向离心器的底部倾斜。其主要后果是环形外部燃烧器的效果集中于周边壁19的上部，而该壁下部的冷却效果则较弱。然而，这个冷却效果很容易藉环形磁铁的加热所弥补。
吹风装置除了限制环形外部燃烧器发出的气流之外，还对离心器喷出的丝的拉细作用有直接的影响。可以降低热气流的压力，同时增加吹风装置的冷气流压力补偿热气流压力降低的办法，保持纤维的细度。关于纤维中小珠的含量，当提高吹风装置的压力时，可以见到它较大地下降。
若再比较图1a和1b，可见另一个基本区别，在现为26的中央内部环形燃烧器的周围，同心地安装一另一个内部燃烧器25，它一般是用来加热现为27的分配杯。内部燃烧器25是一个发出发散形火焰的环形燃烧器，该火焰指向周边壁19和喇叭20的内表面。最好用喇叭内部的突起物29来优化火焰的分布，这些突出物起着火焰阻留器的作用。
另一方面，分配杯27有一个相对较厚的底壁28，例如它是由一块陶瓷板或抗热混凝土制成，以便防止它被熔融的矿物材料所迅速腐蚀。此外，这个厚的底壁有隔热作用，从而防止因离心器旋转，在其下面吸入的气流或空气流而造成底壁内的冷却。
用下列组成（重量百分比）的材料进行了离心制造矿物棉的实验：
SiO251.5%
Fe2O310.1%
Al2O318%
MnO 0.19%
CaO 8.9%
MgO 6.4%
Na2O 3.5%
K2O 0.61%
TiO20.66%
P2O50.12%
这个组合物的粘度符合下列Vogel-Fulcher-Tammann方程：
lgμ＝-2.542+ 4769.86/(T-355.71)
设备的特征和工作条件总结在本说明最后的表内。
必须记住，表中的测量值是对应于平衡时的值的，它们是在进料至少15分钟之后测量的，此时用所有备有的加热装置对离心器和分配杯进行加热（在第一次试验时未用发散型内部燃烧器）。
这些试验所用的离心器是由一种含30%铬的镍基奥氏体的ODS合金制成，其熔化温度为1，380℃，在1，150℃时的扯裂阻力为130MPa，在1，150℃和1，250℃、1，000小时之后的蠕变阻力φ分别为70或55MPa，在1，250℃时的延展性为5%。
在这个表中，外部燃烧器13的通风压力单位为毫米水柱。燃烧器（IB代表内部燃烧器）的流量单位为每小时标准化立方米。
关于所生产的纤维质量，F/5g的值是对应于马克隆尼气流式纤维细度测定法（Micronaire）的，这个方法是表征纤维细度的标准方法。例如，所谓轻质隔热玻璃棉制品（密度低于40千克/米3的成卷产品）通常是由马克隆尼纤维细度为3的纤维制成，它的主要性能标准是耐热性，而希望有较大机械阻力的较重制品是由马克隆尼纤维细度为4的纤维制成。
离心器温度为1，260-1，270℃时，取得了最好结果（对于上述组成的材料，温度在1，300℃到1，216℃之间时，粘度在350到1，000泊之间变化）;这正好处于适合纤维形成的范围之内。
也可以用平衡多种热输入源的方法获得此最佳结果，特别是对内部燃烧器采用较大的气体流量（但无论如何不到外部燃烧器气体流量的十分之一），供给环形磁铁较大的功率、对吹风装置用相当高的压力来进行操作。
为了更好地研究小球形成现象，对玻璃（即此材料的熔体）温度和吹风装置的通风压力各自单独的地进行了改变。对若干行例示的小孔，都将气流等温线和各种外形纤维成形锥体画了出来。
以下的表给出了实验条件和所得纤维的特性。
图4到7显示了纤维成形锥体的外形和等温线的位置，温度为800-1，000-1，300-1，400-1，500及1，550℃，吹风装置的通风压力为0.3巴（图4和5）和1.6巴（图6和7），“熔体”流有两个温度，一类外形对应于“冷熔体”（图5和7），另一类外形对应于“热熔体”（图4和6）。
当检查对应于这些不同的纤维成形锥体的未纤维化颗粒的含量时，可注意到，每当上面许多行的大量锥体完全被超过对应于100泊的等温线温度（1，400℃）的气流所包围时，就产生了大量的小珠。
这些图特别是图2到图7，在其结构方面和作用方面的详情上都是不言自明的。因此，对于这些图只需提一提关于燃烧器13和吹风装置24的布置和在周围气体中纤维成形锥体的外形以及温度分布的附加说明。图2到图7表示了离心器1'在“暖”状态下其周边壁19的位置，以及在周围环境温度下它的位置如图2-7中的虚线所示。
连同另一类似的专利申请“生产矿物棉的方法和由此而生产的矿物棉”，使用本发明的原理就特别有利。该类似专利是在同一日期为同一申请公司或代理人提出申请的，其全部内容用参考目录的形式在此处表示之。
试验1试验2试验3试验4牵拉速率（kg/h)熔体（液流）（℃）2701，5102501，4802701，5102501，480离心器直径（mm)合金ODS小孔数速度（rpm)小孔直径(mm)200奥氏体9，0002，8200.3200奥氏体9，0003，5000.3200铁素体9，0002，8200.3200奥氏体9，0003，5000.3分配杯：直径(mm)孔数702×50702×50702×50702×50外部燃烧器：通道壁之间的距离（mm)压力(mm H2O)温度（℃）6.53451,5506.53501,5506.53551,5506.53551,550吹风装置通道壁之间的距离（mm)压力（bar)温度（℃）0.80.3250.80.3250.81.6250.81.625感应加热器：功率（kW)37.537.53939.8发散型内部燃烧器（Nm3/h)3333.05图4567F/5g小珠＞40μm:％（重量）3.524.53.28.82.910.52.87小珠＞100μm:％（重量）试验17.25试验23.4试验33.5试验42