DE1496428B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstel lung von kleinen Glasperlen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von kleinen Glasperlen durch Feinverteilung von schmelzflüssigem Glas in einem mit hoher Geschwindigkeit im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des Glasstromes aus einer Düse austretenden Strom heißen Gases, aus dem die Glasteilchen in Form von Glasperlen ausfallen. Auf diese Weise hergestellte Glasperlen finden beispielsweise in Rückstrahlern oder für verschiedene industrielle Zwecke Anwendung.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (deutsche Patentschrift 1 080 271) wird das schmelzflüssige Glas als Strahl im freien Fall in den Strom der heißen Gase eingebracht. Dabei bildet sich ein relativ großer Dispersionskonus des Glases, und es besteht nicht die Möglichkeit, die gesamte Glasmenge ausreichend dicht an der Düse in den Gasstrom einzuführen. Die Auftreffwucht des Gasstromes auf das Glas wird wesentlich herabgesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der oben angedeuteten Nachteile eine Möglichkeit zur wirtschaftlicheren Herstellung von Glaskugeln mit weniger Ausschuß zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der schmelzflüssige Gasstrom durch ein Rohr unmittelbar vor oder in die Düse geleitet wird. Der Streuungskegel der zerstäubten Teilchen ist dabei sehr eingeengt, wodurch die Anzahl der mißgebildeten Teilchen, die insbesondere durch ein seitliches Wegfliegen entstehen, wesentlich reduziert wird. Darüber hinaus kann mit relativ sehr geringem Gasstromdruck gearbeitet werden, da die gesamte Auftreffwucht des in oder direkt vor der Düse noch mehr oder weniger laminaren Gasstroms gegen den Glasstrom gerichtet ist und nicht, wie bisher, teilweise in der Umgebungsluft verlorengeht.

Die nach der Erfindung geschaffene Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens mit einem Vorratsbehälter für schmelzflüssiges Glas, einer Heißgasdüse und einem Auffangbehälter für die aus dem Heißgasstrom ausfallenden Glasperlen ist gekennzeichnet durch ein den schmelzflüssigen Glasstrom aus dem Vorratsbehälter aufnehmendes Rohr, das unmittelbar vor oder in der Heißgasdüse ausmündet. Diese Vorrichtung eignet sich in besonders vorteilhafter Weise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Dabei ist die Heißgasdüse vorzugsweise von einem Ring weiterer Heißgasdüsen umgeben. Während die erstgenannte Heißgasdüse dazu dient, das Glas zu zerstäuben, halten die weiteren Heißgasdüsen das Glas auf so hoher Temperatur, daß sich die einzelnen Teilchen vollständig in Kugeln umwandeln können. Außerdem sorgen die weiteren Heißgasdüsen für eine zusätzliche Turbulenz.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das in die Heißgasdüse einmündende Ende des Rohres gegen den Gasstrom durch eine Ablenkvorrichtung abgedeckt. Diese Ablenkvorrichtung sorgt dafür, das schmelzflüssige Glas in die Mitte der Gasströmung einzuleiten, bevor es mit der wirbelnden Wirkung der anderen Gase in Berührung kommt.

Besonders vorteilhafte Ergebnisse sind dann erzielbar, wenn die Länge der Heißgasdüse etwa das Doppelte des Düsendurchmessers beträgt.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in

F i g. 1 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Seitenansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 eine verbesserte Teilansicht der Brennzone des Primär- und Sekundärbrenners des Ofens nach F i g. 1 zur Wiedergabe der Wirkung der turbulenten Verbrennungsgasströmung auf den Schmelzglasstrom,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil des Ofens längs der Linie 3-3 der F i g. 2,

F i g. 4 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Seitenansicht einer abgeänderten Ausführungsform, bei der die Verbrennungsgase und die geformten Glasperlen in einer im allgemeinen vertikalen Richtung strömen,

F i g. 5 eine Schnittdarstellung einer abgeänderten Ausführungsform der Austrittsdüse des Primärbrenners und der Schmelzglaszuführungsleitung nach den F i g. 1, 2 und 4,

F i g. 6 eine Teilschnittdarstellung des Brenners und der Schmelzglaszuführungsleitung im wesentlichen längs der Linie 6-6 der F i g. 5 und in

F i g. 7 einen Schnitt im wesentlichen längs der Linie 7-7 der F i g. 5.

In den F i g. 1 bis 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben, die im folgenden als Horizontalofen bezeichnet werden soll. Insbesondere bezieht sich die Wahl dieses Fachausdruckes auf die allgemeine Strömung der heißen Gase in dem Ofen. Die Vorrichtung besteht aus einem Ofen, der allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist und eine senkrechte Seitenwandung 12 aufweist, die jede gewünschte Form haben kann, beispielsweise also rund, rechteckig usw. ist. Der Ofen 10 enthält ein Bodenwandung 14 und einen Oberteil 16, die so ausgestaltet sind, daß die verbrannten Gase durch einen mittleren Austrittskamin 18 gesammelt und abg eführt werden.

Die Seitenwandung 12 des Ofens 10 i st mit einem sich nach außen erstreckenden Teil 20 zur Aufnahme einer Primärheißgaseinlaßdüse 22 und eines Satzes von Sekundärheißgaseinlaßdüsen 24 versehen. Bei der wiedergegebenen Ausführungsform sind sechs Sekundärgaseinlaßdüsen vorgesehen. Selbstverständlich läßt sich diese Anzahl beliebig ändern.

Die Sekundärheißgaseinlaßdüsen 24 sind an eine Heißgasquelle über eine Ringverteilerleitung 26 und eine Einlaßleitung 28 angeschlossen. Man erkennt, daß die Sekundärheißgasdüsen 24 jeweils mit einem Ablenkblech 30 versehen sind, welches den entsprechenden austretenden Gasstrom nach innen zu einem Brennpunkt im Innenbereich des Ofens lenken, wie später noch im einzelnen erläutert werden wird.

Die Primärheißgaseinlaßdüse 22 bildet das Austrittsende des Primärbrenners 32, bei dem es sich grundsätzlich um einen kleinen, hitzebeständig ausgekleideten Ofen handelt, in dem die Wärme mit hohen Geschwindigkeiten und bei Temperaturen in der Größenordnung von 165O⁰C und mit Geschwindigkeiten von etwa 800 m/Sek. entwickelt wird.

Der Brenner 32 enthält eine Außenwandung 34, die mit einem geeigneten, hitzebeständigen Material 36 ausgekleidet ist. Außerdem ist ein Brennstoff- und Lufteinlaß 38 vorgesehen. Das verbrennbare, dem Einlaß 38 zugeführte Gemisch tritt in eine Vorkammer 40, durch eine mit Löchern versehene keramische Platte 42 und in die Hauptbrennkammer 44. Die Innenwandungen der Brennkammer 44 verjüngen sich zum Auslaßende, so daß ein Blaskanal 46 in der Düse 22 entsteht. Die Innenwandungen der hitzebeständigen Auskleidung 36 nehmen Weißglut an, und eine intensive Strahlung von

Wandung zu Wandung über den Weg der Verbrennungsgase führt zu einer Beschleunigung der Verbrennungsreaktion.

Der überhitzte Blasstrom tritt aus der Auslaßdüse 22 durch den Kanal 46 aus und wird auf das Innere des Ofens 10 gerichtet.

Ein Behälter 50 für geschmolzenes Glas ist im Abstand vom Ofen 10 angeordnet und enthält eine Kammer mit den Seitenwandungen 52, einem Boden 54 und einer Decke 56. In einer der Seitenwandungen 52 ist ein üblicher Brenner 58 angeordnet und hält eine solche Temperatur im Behälter aufrecht, daß das Glas 60 in geschmolzenem Zustand gehalten wird.

Der Behälter 50 steht mit dem Brenner 32 über ein Rohr 62 in Verbindung, durch das das geschmolzene Glas vom Behälter 50 zum Düsenende des Brenners 32 fließt.

Insbesondere aus F i g. 2 erkennt man, daß das Auslaßende des Rohres 62 annähernd mittig im Blaskanal 46 angeordnet ist. Außerdem ist es wesentlich, darauf hinzuweisen, daß das Auslaßende des Rohres 62 radial in den Kanal 56 mündet, so daß der aus dem Rohr 62 austretende Schmelzglasstrom im wesentlichen in der Mitte des Kanals 46 austritt. Das Auslaßende des Rohres 62 muß an solcher Stelle im Kanal 46 angeordnet sein, daß die durch das Zusammenwirken der turbulenten Glasströmung durch den Kanal und den Glasstrom gebildeten Glasteilchen nicht anwachsen und den Kanal verstopfen. Außerdem muß das Auslaßende des Rohres 62 an solcher Stelle liegen, daß das Glas am Auslaßende dieses Rohres sich nicht verfestigt.

Ist das Auslaßende des Rohres 62 zu weit vom Auslaßende des Blaskanals 46 entfernt, dann wird das Glas ohne Rücksicht auf seine Zusammensetzung ausgezogen und bildet Fasern statt der gewünschten kleinen Stangen, die sich zu Kugeln verformen. Sitzt andererseits das Auslaßende des Rohres 62 zu nahe am Auslaßende des Blaskanals 46, dann treten zwei Probleme auf. Zuerst kühlt die rasche Ausdehnung der aus dem Kanal 46 austretenden Gase das Glas am Auslaßende des Rohres 62 und behindert damit die Strömung des Glases durch dieses Rohr. Zum anderen neigt das von den sich rasch ausdehnenden, aus dem Kanal 46 austretenden Gasen erzeugte Vakuum dazu, Glasmassen aus dem Rohr 62 herauszuziehen, wodurch die stetige Glasströmung unterbrochen und große Glasbrocken statt der erwünschten, feinverteilten Teilchen erzeugt werden.

Außerdem müssen die Rohre 62 aus einem geeigneten, hitzebeständigen Material mit Ausnahme der Rohrspitze hergestellt werden, die aus einem Material bestehen muß, das durch den durchlaufenden Schmelzglasstrom nicht benetzt wird, wobei es sich also um Platin oder eine Platinlegierung handelt. Wenn nämlich das geschmolzene Glas das Auslaßende des Rohres 62 benetzt, dann neigt das Glas dazu, dort zu haften und den stetigen Fluß des Glasstromes in den Kanal 46 zu verstopfen.

Es hat sich herausgestellt, daß bei einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Länge von 50 mm für den Blaskanal 46 zufriedenstellende Ergebnisse erzielbar sind, wenn man das Auslaßende des Rohres 62 annähernd 6 mm vom Auslaßende des Blaskanals 46 anordnet. Der Innendurchmesser des Rohres 62 beträgt zweckmäßig etwa 6 mm. Infolgedessen sollte das Verhältnis von Länge des Kanals 46 zu Durchmesser nicht weniger als annähernd 2:1 sein.

Im Betrieb wird die Temperatur des Glases 60 im Behälter 50 allgemein auf etwa 120 bis 260⁰C oberhalb des normalen Arbeitstemperaturbereiches der besonderen verwendeten Glaszusammensetzung gehalten, um das Glas im Behälter 50 in einem hochgeschmolzenen Zustand zu halten. Man läßt dann das geschmolzene Glas vom Behälter 50 durch das Rohr 60 zum Kanal 46 strömen. Die hohe Geschwindigkeit aufweisende Glasströmung im Blaskanal 46 des Brenners 32 unterteilt den Schmelzglasstrom in eine Vielzahl dünner Schmelzströme. Das aus dem Kanal 46 in den Ofen austretende Gas dehnt sich rasch beim Eintritt in den Ofen 10 aus und bildet eine Zone hoher Turbulenz. Die Turbulenz der heißen Gase unterbricht wirksam die dünnen Glasschmelzströme in eine Vielzahl kleiner stangenförmiger. Teilchen auf. Diese kurzen Stangen bilden sich rasch zu kleinen kugelförmigen Glasperlen infolge der Oberflächenspannung des Glases um. Das Glas wird durch die kombinierte Wirkung der vom Primärbrenner 32 und der Vielzahl von Sekundärbrennern 24 erzeugten Wärmeenergie auf einer erhöhten Temperatur gehalten. Die Temperatur innerhalb des Primärbrenners 32 wird typisch in einem Bereich von 1380 bis 1600⁰C gehalten, während das von den Nachbrennern 24 austretende Gas eine Temperatur in der Größenordnung von 1000⁰C aufweist. Hauptaufgabe des Primärbrenners 32 ist die Zerstäubung des Glases und die Erzeugung einer Strömung zerstäubten Glases ins Innere des Ofens 10, während die Sekundärbrenner 14 die Aufgabe haben, das zerstäubte Glas auf so ausreichend hoher Temperatur zu halten, daß sie sich vollständig zu Kugeln verwandeln, und außerdem eine zusätzliche Turbulenz innerhalb der Gase im Ofen zu erzeugen, daß alle Glasfasern in kleine Stangen aufgebrochen werden, die sich zu kleinen Glaskugeln verformen.

Sobald die kugelförmigen Glasperlen ihre nach vorn gerichtete, durch die kombinierte Wirkung der Brenner 32 und 24 erzeugte Geschwindigkeit verlieren, fallen sie auf den Boden des Ofens und passieren dabei Zonen verhältnismäßig niedrigerer Temperatur. Die Glasperlen verfestigen sich dabei und lassen sich auf dem Boden 14 des Ofens 10 sammeln. Die Abgase aus dem Ofen 10 werden durch den Kamin 18 abgeleitet.
F i g. 4 zeigt eine gegenüber dem Ofen nach den F i g. 1 bis 3 abgeänderte Ausführungsform. Bei dem an Hand der F i g. 1 bis 3 beschriebenen Ofen handelt es sich um einen Horizontalofen, da die Gasströme die zerstäubten Glasteilchen in eine im allgemeinen horizontale Richtung zwingen. Bei der Vorrichtung nach F i g. 4 handelt es sich um einen Vertikalofen, da die Gasströme die zerstäubten Glasteilchen in eine im allgemeinen senkrechte Richtung zwingen. Da ein wesentlicher Teil der einzelnen Bauelemente der Vorrichtung nach F i g . 4 den entsprechenden Teilen nach den F i g. 1, 2 und 3 entspricht, erübrigt sich eine Beschreibung dieser Teile, während die abgeänderten Elemente einer ins einzelne gehenden Beschreibung bedürfen. Nach F i g. 4 ist ein Ofen mit einer aufrecht stehenden Seitenwandung 70, einer nach unten geneigten Bogenwandung 72 und einer offenen Decke vorgesehen. Eine obere Ringwandung 74 mit einem sich nach außen erweiternden Bodenrand 76 umgibt im Abstand den oberen Teil der Seitenwandung 70. Eine Abzugshaube 78 mit einem Kamin 80 für die Abzugsgase ist über dem oberen Ende der oberen Wandung 74 angeordnet.

Es hat sich bei senkrechten Vorrichtungen wie nach F i g. 4 als vorteilhaft herausgestellt, eine kleine Lippe

Claims (1)

1. 5 6

   82 am Austrittsende des das Glas führenden Rohres 62 spricht. Die oben beschriebene Abänderung liefert ein vorzusehen. Die Lippe 82 bekämpft jede unerwünschte, verhältnismäßig einfaches Mittel, um das Schmelzglas nach unten gerichtete Strömung des aus dem Rohr 62 in die Mitte der Gasströmung eintreten zu lassen, bevor in den Kanal 46 austretenden geschmolzenen Glases. es mit der wirbelnden Wirkung der anderen Gase in Beim Betrieb fließt das geschmolzene Glas 60 aus dem 5 running kommt.

   Behälter 50 durch das Rohr 62 in den Kanal 46, wor- Selbstverständlich hängt die Größe der fertigen, nach auf der Glasstrom in eine Vielzahl dünner Schmelz- dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Glasströme durch die hohe Geschwindigkeit der Gase um- perlen von einer Vielzahl veränderlicher Faktoren ab. geformt wird, welche aus dem Primärbrenner 32 durch Diese Faktoren sind die Viskosität des Glasgemenges, den Blaskanal 46 strömen. Die mit hoher Geschwindig- io der Durchmesser der Austrittsöffnung vom Glasbekeit durch den Kanal 46 strömenden Gase expandieren hälter und die Geschwindigkeit und Temperatur der rasch beim Eintritt in den Ofen 10 und erzeugen im aus dem Hochdruckstrahl austretenden, erhitzten Gase. Ofen eine Zone hoher Turbulenz. Die Turbulenz der Obwohl man verschiedene Arten von Glas zur Durch-Gase bricht die dünnen Schmelzströme des Glases in führung der Erfindung verwenden kann, erhält man eine Vielzahl kleiner Glasstangen auf. Die Energie des 15 doch die besten Ergebnisse mit einem modifizierten nach oben durch den Kanal 46 strömenden Gases Soda-Kalk-Silikat-Glas mit folgender Zusammensetträgt die Glasstangen nach oben in die von der Seiten- zung:

   wandung 70 begrenzte Ofenkammer. Die vielen kleinen Siliziumdioxyd SiO₂ 68 Gewichtsprozent

   Glasstangen werden dort infolge der Oberflächenspan- Sodaasche Na₂CO₃ 10 Gewichtsprozent

   nung des Glases zu Kugeln umgewandelt. Die kombi- 20 Bariumkarbonat CaCO₃ 4 Gewichtsprozent

   nierte Wirkung des Primärbrenners 32 und der Sekun- Kalk CaO 16 Gewichtsprozent

   därbrenner 24 trägt die Glasteilchen nach oben, bis sie Fluoride 2 Gewichtsprozent

   sich in der verhältnismäßig niedrige Temperatur auf-

   weisenden Zone innerhalb der oberen Ringwandung 74 Patentansprüche: verfestigt haben. Das Glas ist in dieser Stufe zu Kugeln 25 1. Verfahren zur Herstellung von kleinen Glasumgewandelt und hat sich zu Perlen ausgebildet, die perlen durch Feinverteilung von schmelzflüssigem fächerartig zu den Seitenwandungen 74 fallen, worauf Glas in einem mit hoher Geschwindigkeit im wedie Perlen ihre nach oben gerichtete Bewegungsenergie sentlichen quer zur Strömungsrichtung des Glasverlieren und nach unten durch Schwerewirkung durch stromes aus einer Düse ausströmenden Strom heiden Ringraum zwischen dem Rand 76 und der Außen- 30 ßer Gase, aus dem die Glasteilchen in Form von fläche der Wandung70 gelangen und schließlich in Glasperlen ausfallen, dadurch gekenneiner geeigneten Sammelvorrichtung, beispielsweise zeichnet, daß der schmelzflüssige Glasstrom einem nicht gezeichneten Ringtrichter, gesammelt . durch ein Rohr unmittelbar vor oder in die Düse werden. geleitet wird.

   Eine andere Abänderung der in den F i g. 1, 2 und 3 35 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wiedergegebenen Vorrichtung, wie sie im Zusammen- nach Anspruch 1 mit einem Vorratsbehälter für hang mit den F i g. 5, 6 und 7 beschrieben wurde, be- schmelzflüssiges Glas, einer Heißgasdüse und einem zieht sich auf eine abgeänderte Ausführungsform zur Auffangbehälter für die aus dem Heißgasstrom aus-Zuführung des geschmolzenen Glases aus dem Behälter fallenden Glasperlen, gekennzeichnet durch ein den zur Mittelachse des Primärgaskanals in der Nähe von 40 schmelzflüssigen Glasstrom aus dem Vorratsbedessen Auslaßende. hälter (50) aufnehmendes Rohr (62), das unmittel-Nach den F i g. 5, 6 und 7 ist das Düsenende 22 des bar vor oder in der Heißgasdüse (22) ausmündet. Primärbrenners 32 mit einem vertikalen Schlitz 86 ver- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gesehen, dessen oberes Ende mit dem Schmelzglas- kennzeichnet, daß die Heißgasdüse (22) von einem führungsrohr 62 in Verbindung steht, während- das 45 Ring weiterer Heißgasdüsen (24) umgeben ist. untere Ende mit dem Auslaßende des Blaskanals 46 in 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und/oder 3, da-Verbindung gebracht ist. durch gekennzeichnet, daß das in die Heißgasdüse Ein stromlinienförmiges Ablenkelement ist inner- (22) einmündende. Ende des Rohres (52) gegen den halb des Auslaßendes des Kanals 46 und etwas rück- Gasstrom durch eine Ablenkvorrichtung (88) abgewärts davon und in Flucht mit dem Schlitz 86 ange- 50 deckt ist

   ordnet. Das Ablenkelement 88 erweitert sich in Strom- 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 und/oder 4, richtung bezüglich der Glasströmung nach außen und dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Heißist am stromabwärts gelegenen Ende so geformt, daß gasdüse (22) etwa das Doppelte des Düsendurches im allgemeinen dem Querschnitt des Schlitzes 86 ent- messers beträgt.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen