Verfahren zur Herstellung kleiner Glasperlen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung kleiner Glasperlen, welche zum Reflek tierendmachen und für verschiedene andere indu strielle Zwecke Verwendung finden können, bekannt.
Dabei werden 'die Glasperlen in der Weise herge stellt, dass man vorfabriziertes Glas abkühlt, zer bricht, Teilchen von annähernd der Grösse der ge wünschten Glasperlen aussiebt und diese in einen Ofen mit aufwärts. gerichteter Flamme einbringt, welche die Glasteilchen in Kugelform überführt und nach oben mitführt; die nunmehr kugeligen Glas teilchen durchlaufen darauf eine relativ kühlere Zone, wo :das Glas fest wird, und werden schliesslich in geeigneten Mulden in der Nähe des:
oberen oder Aus- trittsendes des Turms des Ofens gesammelt. Eine :derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der USA- Patentschrift Nr 2 730 841 beschrieben.
Die bekannten Verfahren weisen verschiedene Nachteile auf. Vorab sind sie für eine Massenproduk tion unwirtschaftlich, da Glas, das bei seiner ur sprünglichen Herstellung in geschmolzenem Zustand vorliegt, zum festen Zustand abgekühlt und nach der Zerkleinerung wieder geschmolzen werden muss. Der Verlust an Leistungsfähigkeit infolge zweier ge trennter und unterschiedlicher Heizoperationen ist offensichtlich.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren liegt darin, dass Glas, welches ein ausgeprägtes Schleifmittel darstellt, für die für seine Zerkleinerung gewöhnlich verwendeten Steinbrecher oder ähnlichen Vorrichtungen äusserst schädlich ist; der Unterhalt :der Einrichtungen ist daher teuer und zeitraubend.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass eine grosse Menge des ursprünglich geschmolzenen Glases während der Pulverisation als Staub, der für eine Verwendung im Verfahren zu fein ist, verloren geht. Diese Verluste betragen 5 bis 10 % der ursprüngli chen Glasmenge.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu überwinden, indem die Glasperlen direkt aus dem geschmolzenen Glas hergestellt werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ;ist ein Verfahren Dur Herstellung kleiner Glasperlen, wel ches dadurch gekennzeichnet ist, dass man einen Strom heissen Gases von einer Temperatur oberhalb des normalen Verarbeitungstemperaturbereiches des Glases erzeugt, welcher eine Zone hoher Geschwin digkeit aufweist;
dass man einen Strom geschmolzenen Glases in :die Zone hoher Geschwindigkeit des Gas stromes einführt, wodurch der Glasstrom .in eine Vielzahl von feinen Strömen geschmolzenen Glases aufgeteilt wird, d'ass man die feinen Glasströme in eine Zone hoher Turbulenz einbringt, wobei die Ströme in eine Vielzahl kleiner Glasstäbchen zerbro chen werden, dass man die Temperatur der Glas stäbchen genügend hoch hält, damit sich unter der Einwirkung der Oberflächenspannung aus .den Glas- stäbchen Glasperlen bilden,
und dass man die Glas perlen abkühlt und sammelt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung .des erfindungs gemässen Verfahrens, welche dadurch gekennzeich net ist, dass sie eine verengte, mit einem Heissgas .erzeuger in Verbindung stehende, über ihre gesamte Länge konstante Abmessungen aufweisende Heiss gaszuführung, welche so ausgebildet ist, dass sie in sie durchströmenden heissen Gasen eine Zone hoher Turbulenz erzeugt, und eine mit einem Reservoir für geschmolzenes Glas in Verbindung stehende, in die von :
der Heissgaszuführung erzeugte Zone hoher Turbulenz einmündende Zufuhrleitung für geschmol zenes Glas aufweist. Zweckmässigerweise sind in der Nähe der Heiss gaszuführung, beispielsweise ringförmig um diese herum, mehrere Nebenheissgaszuführungen angeord net.
Einige beispielsweise Ausführungsformen der er- findungsgemässen Vorrichtung werden an Hand der Zeichnung näher beschrieben; es stellen dar:
Fig. 1 eine .Seitenansicht einer ersten Ausfüh rungsform der Vorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt in grösserem Massstab durch die in Fig.l dargestellten Primär- und Sekundär brenner, woben die Wirkung des turbulenten Ver- brennungsgasstromes auf den Strom geschmolzenen Gases gezeigt wird, Fig. 3 einen Schnitt :
durch einen Teil des Ofens nach der Linie 3-3 ,in Fig. 2, Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Abänderung der in Fig. 1 dargestellten Vor richtung, bei welcher die Verbrennungsgase und die gebildeten -Glasperlen sich äbm wesentlichen in verti kaler Richtung bewegen,
Fig. 5 einen Schnitt einer anderen Ausführungs- form. der in Fig. 1, 2 und 4 :dargestellten Austritts düse des Primärbrenners und der Zuführungsleitung für das geschmolzene Glas, Fig. 6 einen Teilschnitt nach Linie 6-6 durch den in Fig. 5 dargestellten Brenner und die Zu führungsleitung für das geschmolzene Glas,
und Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie 7-7 in Fng. 5. In Fig. 1-3 ist eine Ausführungsform der er findungsgemässen Vorrichtung dargestellt, die hier als Horizontaltyp bezeichnet wird. Dieser Aus druck leitet sich von der allgemeinen Bewegungs richtung der heissen Gase in den Ofen hinein her. Die Vorrichtung besteht aus einem Ofen mit einer senkrechten Saitenwand 12, welcher jede gewünschte Form saufweisen kann, z. B. rund, rechteckig usw.
Er umfasst ferner einen Boden 14 und einen Ober teil 16, der eine geeignete Form aufweist, damit die Verbrennungsgase gesammelt und durch einen in der Mitte angeordneten Abzugsschacht 18 abgeführt werden.
Die Seitenwand 12 des Ofens 10 nst mit einem sich auswärts erstreckenden Teil 20 versehen, welche zur Aufnahme einer Primär-Heissgaszufuhrdüse 22 und einer Anzahl Sekundär-Heissgaszufuhrdüsen 24 geeignet ist. Die dargestellte Ausführungsform weist sechs Sekundärdüsen auf, doch könnte auch eine be liebige andere Anzahl vorgesehen sein.
Die Sekundär-Heissgaszufuhrdüsen 24 sind durch eine ringförmige Rohrleitung 26 und ein Zufuhrrohr 28 mit einer Heissgasquelle (nicht dargestellt) ver bunden.
Jede der Nebendüsen 24 ist mit einem Deflektor 30 versehen, welcher bewirkt, dass der von ihr ausgehende Gasstrom einwärts und auf einen im Innern :des Ofens gelegenen Fokalpunkt gerichtet ist, wie später noch näher erläutert werden wird.
Die Primär-Heissgaszufuhrdüse 22 umfasst das Austrittsende eines Primärbrenners 32, welcher im wesentlichen ein feuerfest ausgekleideter kleiner Ofen ist, :in welchem Wärme in grossen Mengen bei Tem peraturen der Grössenordnung 1650 C und Ge schwindigkeiten bis zu 750 m/sek. erzeugt wird.
Der ,Brenner 32 umfasst eine äussere Wand 34, welche mit irgendeinem feuerfesten Material 36 aus gekleidet ist, und besitzt eine Brennstoff- und Luft zufuhrleitung 38. Das durch die Zuführung 38 ge lieferte brennbare Gemisch tritt in eine Vorkammer 40 und von dort durch gelochte Keramikplatten 42 in die Hauptverbrennungskammer 44 ein. Die inneren Wände der Verbrennungskammer 44 laufen gegen das Ausladende hin zusammen, um in der Düse 22 :die Blasöffnung 46 zu bilden.
Die inneren Wände der feuerfesten Auskleidung 36 werden weissglühend, und eine intensive Strahlung, welche die Verbren nungsreaktion beschleunigt, bewegt sich von Wand zu Wand quer zum Weg der Verbrennungsgase.
Der überhitzte Gasstrom tritt aus der Auslass- düse 22 durch die Öffnung 46 aus und ist gegen das Innere des Ofens 10 gerichtet. Ein Tank oder eine Konditionierungsvorrichtung 50 für das geschmol zene Glas ist abseits vom Ofen 10 angeordnet und umfasst eine :durch die Saitenwände 52, einen Boden 54 und eine Decke 56 .gebildete Kammer.
In einer der Seitenwände 52 ist ein Brenner konventioneller Bauart angeordnet; er erhält im Tank eine Tempe ratur :aufrecht, .die ausreichend ist, um einen Vorrat an geschmolzenem Glas 60 aufrechtzuerhalten. Der Tank 50 ist mit d em Brenner 32 mittels einer Lei tung 62 verbunden, welche dem geschmolzenen Glas erlaubt, aus dem Tank 50 zum Düsenende des Brenners 50 zu fliessen.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist :das Ende ;der Leitung 62 ungefähr in der Mitte der Blasöffnung 46 angeordnet. Weiter erstreckt sich das Ende der Leitung 62 radial in die Öffnung 46 hinein, so dass der .aus der Leitung 62 austretende Glasstrom ungefähr im Zentrum der Öffnung 46 ausströmt. Das Ende der Leitung 62 ist an einem solchen Punkte der Öffnung 46 angeordnet,
dass die unter der Einwirkung des turbulenten Gasstroms gebildeten Glasteilchen durch die Öffnung strömen können und der Glasstrom nicht seitlich aufspleisst und die Öffnung verstopft. Auch liegt das Ende der Leitung 62 zweckmässig an einem Punkte der öff- nung, wo das Glas nicht am Ende der Leitung fest wird.
Es zeigte sich, dass, wenn das Ende der Lei tung 62 zu weit vom Austrittsende der Blasöffnung 46 entfernt ist, das Glas, unabhängig von seiner Zusammensetzung, sich ausdehnt und Fasern statt der gewünschten kleinen, sich in Kugeln verwandeln den Stäbchen bildet.
Anderseits begegnet man, wenn sich das Ende der Leitung 62 zu nahe beim An- trittsende der Blasöffnung 46 befindet, zwei Proble men: .Erstens bewirkt die schnelle Ausdehnung der aus der Öffnung 46 ausströmenden Gase eine Ab- kühlung des Glases :
am ,Ende der Leitung 62 und verhindert dadurch das Fliessen des Glases durch dieselbe. Zweitens neigt das Vakuum, das durch die aus der Öffnung 46 ausströmenden, sich schnell ausdehnenden Gase erzeugt wird, dazu, grössere Mengen von Glas aus, der Leitung 62 abzuziehen; da durch wird der ständige Glasfluss unterbrochen, und es werden statt der benötigten fein verteilten Teil chen Glasklumpen gebildet.
Weiter zeigte sich, dass die Leitung 62 aus irgend einem feuerfesten Material bestehen kann, mit Aus nahme des Mundstückes, welches zweckmässig aus einem Material bestehen soll, das von dem durch strömenden geschmolzenen Glas nicht benetzt wird, beispielsweise Platin oder einer Platinlegierung. Falls das geschmolzene Glas nämlich das Ende der Lei- tung 62 benetzen kann, bleibt es daran kleben und verhindert dadurch einen kontinuierlichen Glasfluss in die Öffnung 46.
Es zeigte sich, dass bei einem Innendurchmesser der Blasöffnung 46 von 2,5 cm und einer Länge von 5,0 cm zufriedenstellende Resultate dann er zielt werden, wenn man das Ende der Leitung 62 ungefähr 0,63 cm vom Austrittende der Glasöffnung 46 .entfernt anbringt. Der Innendurchmesser betrug dabei ebenfalls 0,63 cm. Dementsprechend beträgt das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Öffnung 46 vorzugsweise nicht weniger als etwa 2 : 1.
Im Betrieb wird die Temperatur ;des Glases 60 im Behälter 50 nm allgemeinen etwa 140 bis 280 C über dem normalen Verarbeitungstemperaturbereich der betreffenden Glasmasse gehalten; :dadurch wird das Glas .im Behälter 50 in stark flüssigen Zustand gehalten. Das geschmolzene Glas wird dann aus dem Behälter 50 durch die Leitung 60 zur Öffnung 46 fliessen gelassen.
Der Gasstrom hoher Geschwin digkeit in der Blasöffnung 46 des Brenners 32 be wirkt eine Aufteilung ,des Stromes geschmolzenen Glases in eine Vielzahl von dünnen Strömen. Das aus der Öffnung 46 in den Ofen austretende Gas strebt danach, sich beim Eintritt in den Ofen 10 radial auszudehen, und bildet eine Zone hoher Tur bulenz. Die Turbulenz der heissen Gase zerbricht die dünnen Ströme von geschmolzenem Glas wirk sam in eine Vielzahl stabförmiger Teilchen.
Diese kleinen Stäbchen werden schnell kugelförmig und bilden unter dem Einfluss der Oberflächenspannung kleine Glasperlen. Das Glas wird durch die kom binierte Wirkung der durch den Primärbrenner 32 und die Vielzahl von Sekundärbrennern 24 erzeugte Wärmeenergie auf einer hohen Temperatur gehalten. Die Temperatur im Innern des Primärbrenners 32 wird beispielsweise auf etwa 1380 bis 1600 C gehalten, während das von den Sekundärbrennern 24 emittierte Gas auf Temperauren der Grössenordnung 1000 C gehalten wird.
Zu den prinzipiellen Funk tionen des Primärbrenners 32 gehört es, das Glas zu zerstäuben und den Weg des zerstäubten Glases gegen das Innere des Ofens 10 zu richten, während die Sekundärbrenner 24 so wirken, dass sie das zer stäubte Glas auf einer genügend hohen Temperatur halten, dass es vollständig Kugelgestalt annehmen kann, und in den Gasen im Ofen zusätzliche Tur bulenz schraffen, damit alle Glasfasern zu kleinen Stäbchen zerbrochen werden, aus welchen sich dann ,die kleinen Glasperlen bilden.
Sobald die kugelförmigen Glasperlen ihre durch :die kombinierte Wirkung der Brenner 32 und 24 bewirkte Vorwärtsbewegung verlieren, fallen sie ge gen den Boden des Ofens 10 und passieren dabei Zonen relativ niedrigerer Temperatur. Die Glas perlen werden darauf fest und werden .am Boden 14 des Ofens 10 gesammelt. .Die Abgase werden aus dem Ofen 10 durch den Abzugschacht 1.8 entfernt.
Fig. 4 zeigt eine Abänderung :der in Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Vorrichtung. Die in Fig. 1, 2 und 3 dargestellte Vorrichtung kann, wie erwähnt, als Horizontaltyp bezeichnet werden, da die Gas ströme die zerstäubten Glasteilchen in einer im allgemeinen horizontalen Richtung bewegen. .Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung kann als Vertikal typ bezeichnet werden, da die Gasströme die zer stäubten Glasteilchen in einer im allgemeinen verti kalen Richtung bewegen.
Im folgenden werden nur ,die in Fig. 4 gegenüber den Fig. 1, 2 und 3 modi- fizierten Elemente der Vorrichtung im Detail be schrieben.
Die Vorrichtung weist einen Ofen auf, der mit einer senkrechten Seitenwand 70 und einen schräg nach unten rund einwärts gerichteten Bodenteil 72 versehen und oben offen ist. Die ringförmige obere Wand 74, welche einen nach unten konisch erwei- terten unteren Rand 76 aufweist, umgibt das obere offene Ende der Seitenwand 70 und weist von diesen einen gewissen Abstand auf. Am oberen Ende der oberen Wand 74 ist eine Abzugshaube 78 mit einem Abzugschacht 80 für die Abgase angeordnet.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Vertikalapparat erwies es sich als zweckmässig, am Ausflussende der Glaszufuhrleitung 62 eine kleine Ausflusslippe 82 vor zusehen. Diese bekämpft jegliches unerwünschtes Ab tropfen von geschmolzenem Glas, das aus der Lei tung 62 austritt, in die Öffnung 46.
Im Betrieb fliesst das geschmolzene Glas 60 aus dem Tank 50 durch die Leitung 62 zur Öffnung 46, worauf der Glasstrom infolge :der hohen Geschwin digkeit der aus dem Primärbrenner 32 durch die Blasöffnung 46 strömenden Gase .in eine Vielzahl dünner Ströme zerteilt wird. Die durch die Öffnung 46 strömenden Gase hoher Geschwindigkeit sind bestrebt, sich nach ihrem Eintritt in den Ofen 10 schnell auszudehnen und dabei im Ofeneine Turbu- lenzzone zu bilden.
Die Turbulenz der Gase be wirkt ein Zerbrechen der Ströme geschmolzenen Gla ses in eine Vielzahl kleiner Glasstäbchen. Die Energie des durch die Öffnung 46 aufwärtsströmenden Gases führt die Glasstäbchen aufwärts in, die durch die Seitenwand 70 begrenzte Ofenkammer. Die vielen kleinen, stabförmigen Glasteilchen nehmen durch die Oberflächenspannung kugelförmige Gestalt an.
Durch die kombinierte Wirkung des Primärbrenners 32 und der Sekundärbrenner 24 werden die Glas teilchen aufwärtsgetragen, bis die .in der durch die ringförmige obere Wand 74 begrenzten Zone relativ niedrigerer Temperatur fest werden. Zu diesem Zeit punkt hat das Glas bereits kugelförmige Gestalt angenommen und Perlen gebildet, welche sich schräg nach aussen gegen die Seitenwand 74 bewegen.
Da nach verlieren die Perlen ihr Aufwärtsmoment und fallen unter der Einwirkung der Schwerkraft durch den ringförmigen Raum zwischen dem konisch er weiterten unteren Rand 76 und der Aussenfläche der senkrechten Seitenwand 70 abwärts und werden schliesslich in einem geeigneten .Sammler, wie einem ringförmigen Trichter (nicht dargestellt), gesammelt.
Eine andere Abänderung der ;in Fig. 1, 2 und 3 dargestellten und vorstehend beschriebenen Vorrich tung ist in Fig. 5, 6 und 7 dargestellt;
sie betrifft eine modifizierte Form der Zuführung des ge schmolzenen Glases aus dem Reservoir Dur Zentral- axe der Primäröffnung in der Nähe von deren Aus- trittsende.
Wie in Fig. 5, 6 und 7 ;dargestellt, ist das Düsen ende 22 des Primärbrenners 32 mit einem senk rechten Schlitz 86 versehen, dessen oberes Ende in Verbindung mit der Zufuhrleitung 62 für das ge schmolzene Glas und dessen unteres Ende in Ver bindung mit dem Austrittsende der Blasöffnung 46 stehen.
Im Inneren der Öffnung 46 und von deren Austrittsende leicht zurückgesetzt ist, auf den Schlitz 86 ausgerichtet, ein. stromlinienförmiger De- flektor 88 angeordnet. Der Deflektor 88 verbreitert sich in Richtung des: Gasstroms, und sein stromab- wärts liegendes Ende ist so ausgebildet, dass es. dem Querschnitt des Schlitzes im grossen ganzen entspricht.
Die soeben beschriebene Abänderung stellt einen relativ einfachen Kunstgriff dar, um das geschmol zene Glas ins Zentrum des Gasstroms einzuführen, bevor es in Berührung mit der heftigen Wirkung der strömenden Gase kommt.
Es ist für den .Fachmann klar, dass die Grösse der nach :dem beschriebenen Verfahren und mittels der beschriebenen Vorrichtung hergestellten Glas perlen von einer Reihe variabler Faktoren abhängt. Es sind dies unter anderem die Viskosität der Glas partie,
der Durchmesser der Austrittsöffnung des Glastanks und die Geschwindigkeit und die Tempe ratur der aus der Hochdruckbrenndüse ausströmen den aufgeheizten Glase.
Obschon Glas verschiedener Typen zur Durchfüh- rung des Verfahrens in zufrsedenstellender Weise verwendet werden kann, zeigte es sich, dass besonders gute Resultate mit einem modifizierten Glas vom Soda-Kalk-Silicat-Typ folgender Zusammensetzung erhalten werden können:
Siliciumdioxyd Si02 68 %, calcinierte Soda Na2C03 10 %, Bariumcarbonat BaC03 4 %, Calciumoxyd Ca0 16 %, Fluoride 2 %.
Process for producing small glass beads and apparatus for carrying out the process There are already methods and apparatus for producing small glass beads which make animal reflections and can be used for various other industrial purposes.
The glass beads are manufactured in such a way that prefabricated glass is cooled, broken, particles of approximately the size of the desired glass beads are sieved out and placed in an oven with upwards. introduces directed flame, which transforms the glass particles into spherical shape and carries them upwards; the now spherical glass particles then pass through a relatively cooler zone, where: the glass solidifies, and are finally placed in suitable hollows near the:
collected upper or outlet end of the tower of the furnace. One such device is described in U.S. Patent No. 2,730,841, for example.
The known methods have various disadvantages. First of all, they are uneconomical for mass production, since glass, which was in a molten state when it was originally produced, has to be cooled to a solid state and then melted again after being crushed. The loss of efficiency due to two separate and distinct heating operations is evident.
Another disadvantage of the known methods is that glass, which is a distinctive abrasive, is extremely harmful to the stone crushers or similar devices usually used for its crushing; maintenance: the facilities are therefore expensive and time consuming.
Another disadvantage is that a large amount of the originally molten glass is lost during pulverization as dust, which is too fine to be used in the process. These losses amount to 5 to 10% of the original amount of glass.
The purpose of the present invention is to overcome these disadvantages by making the glass beads directly from the molten glass.
The subject of the present invention is a process for the production of small glass beads, which is characterized in that a stream of hot gas is generated at a temperature above the normal processing temperature range of the glass, which has a zone of high speed;
that a stream of molten glass is introduced into: the zone of high velocity of the gas stream, whereby the glass stream is divided into a plurality of fine streams of molten glass, d'that one introduces the fine glass streams into a zone of high turbulence, the streams in A large number of small glass rods are broken so that the temperature of the glass rods is kept high enough so that glass beads form from the glass rods under the effect of surface tension,
and that the glass beads are cooled and collected.
The present invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention, which is characterized in that it has a narrowed hot gas supply which is connected to a hot gas generator and has constant dimensions over its entire length and is designed in this way that it creates a zone of high turbulence in the hot gases flowing through it, and one in communication with a reservoir for molten glass, into which:
the hot gas supply generated zone of high turbulence having a feed line for molten glass opening into it. Conveniently, several auxiliary hot gas feeds are arranged in the vicinity of the hot gas supply, for example in a ring around it.
Some exemplary embodiments of the device according to the invention are described in more detail with reference to the drawing; it represent:
Fig. 1 is a side view of a first embodiment of the device, Fig. 2 is a section on a larger scale through the primary and secondary burners shown in Fig.l, the effect of the turbulent combustion gas flow on the flow of molten gas is shown, 3 shows a section:
through part of the furnace along the line 3-3, in Fig. 2, Fig. 4 is a side view, partly in section, of a modification of the device shown in Fig. 1, in which the combustion gases and the glass beads formed are substantially move in vertical direction,
5 shows a section of another embodiment of the outlet nozzle of the primary burner and the feed line for the molten glass shown in FIGS. 1, 2 and 4, FIG. 6 shows a partial section along line 6-6 through the one in FIG shown burner and the supply line for the molten glass,
and FIG. 7 shows a section along line 7-7 in FIG. 5. In Fig. 1-3 an embodiment of the inventive device he is shown, which is referred to here as the horizontal type. This expression is derived from the general direction of movement of the hot gases into the furnace. The device consists of an oven with a vertical string wall 12 which can have any desired shape, e.g. B. round, rectangular, etc.
It further comprises a bottom 14 and an upper part 16 which is of a suitable shape so that the combustion gases are collected and discharged through a vent 18 arranged in the center.
The side wall 12 of the furnace 10 is provided with an outwardly extending part 20 which is suitable for receiving a primary hot gas supply nozzle 22 and a number of secondary hot gas supply nozzles 24. The illustrated embodiment has six secondary nozzles, but any other number could be provided.
The secondary hot gas supply nozzles 24 are connected via an annular pipe 26 and a supply pipe 28 with a hot gas source (not shown).
Each of the auxiliary nozzles 24 is provided with a deflector 30, which has the effect that the gas flow emanating from it is directed inwards and onto a focal point located inside the furnace, as will be explained in more detail later.
The primary hot gas supply nozzle 22 comprises the outlet end of a primary burner 32, which is essentially a refractory lined small furnace, in which heat in large quantities at temperatures of the order of 1650 C and speeds up to 750 m / sec. is produced.
The burner 32 comprises an outer wall 34, which is lined with some type of refractory material 36, and has a fuel and air supply line 38. The combustible mixture supplied by the supply 38 enters an antechamber 40 and from there through perforated ceramic plates 42 into the main combustion chamber 44. The inner walls of the combustion chamber 44 converge towards the discharge end in order to form the blow opening 46 in the nozzle 22.
The inner walls of the refractory lining 36 become incandescent, and intense radiation, which accelerates the combustion reaction, moves from wall to wall across the path of the combustion gases.
The superheated gas flow emerges from the outlet nozzle 22 through the opening 46 and is directed towards the interior of the furnace 10. A tank or conditioning device 50 for the molten glass is located remote from the furnace 10 and includes a chamber formed by the string walls 52, a floor 54 and a ceiling 56.
A burner of conventional design is arranged in one of the side walls 52; it maintains a temperature in the tank which is sufficient to maintain a supply of molten glass 60. The tank 50 is connected to the burner 32 by means of a conduit 62 which allows the molten glass to flow from the tank 50 to the nozzle end of the burner 50.
In the embodiment shown in FIG. 2: the end of the conduit 62 is arranged approximately in the center of the blow opening 46. The end of the line 62 further extends radially into the opening 46, so that the glass stream emerging from the line 62 flows out approximately in the center of the opening 46. The end of the line 62 is arranged at such a point of the opening 46,
that the glass particles formed under the action of the turbulent gas flow can flow through the opening and the glass flow does not splice open laterally and block the opening. The end of the line 62 also expediently lies at a point in the opening where the glass does not become stuck at the end of the line.
It has been found that if the end of the conduit 62 is too far from the exit end of the blow opening 46, the glass, regardless of its composition, expands and forms fibers instead of the desired small rods that transform into spheres.
On the other hand, if the end of the line 62 is too close to the entry end of the blow opening 46, two problems are encountered: First, the rapid expansion of the gases flowing out of the opening 46 causes the glass to cool:
at the end of the line 62 and thereby prevents the glass from flowing through it. Second, the vacuum created by the rapidly expanding gases emanating from port 46 tends to pull larger quantities of glass out of conduit 62; this interrupts the constant flow of glass, and instead of the finely divided particles required, glass lumps are formed.
It was also found that the line 62 can consist of any refractory material, with the exception of the mouthpiece, which should advantageously consist of a material that is not wetted by the flowing molten glass, for example platinum or a platinum alloy. If the molten glass can wet the end of the line 62, it will stick to it and thereby prevent a continuous flow of glass into the opening 46.
It has been found that with an inner diameter of the blow opening 46 of 2.5 cm and a length of 5.0 cm, satisfactory results are achieved if the end of the line 62 is removed approximately 0.63 cm from the exit end of the glass opening 46 attaches. The inside diameter was also 0.63 cm. Accordingly, the length to diameter ratio of opening 46 is preferably no less than about 2: 1.
In operation, the temperature of the glass 60 in the 50 nm container is generally kept about 140 to 280 C above the normal processing temperature range of the glass mass in question; : this keeps the glass in the container 50 in a highly liquid state. The molten glass is then allowed to flow from container 50 through conduit 60 to opening 46.
The high velocity gas flow in the blow port 46 of the burner 32 acts to split the flow of molten glass into a plurality of thin flows. The gas emerging from the opening 46 in the furnace tends to expand radially as it enters the furnace 10 and forms a zone of high turbulence. The turbulence of the hot gases effectively breaks the thin streams of molten glass into a multitude of rod-shaped particles.
These small rods quickly become spherical and, under the influence of surface tension, form small glass beads. The glass is maintained at a high temperature by the combined action of the thermal energy generated by the primary burner 32 and the plurality of secondary burners 24. The temperature inside the primary burner 32 is kept, for example, at approximately 1380 to 1600 C, while the gas emitted by the secondary burners 24 is kept at temperatures of the order of 1000 C.
The basic functions of the primary burner 32 include atomizing the glass and directing the path of the atomized glass towards the interior of the furnace 10, while the secondary burners 24 act to keep the atomized glass at a sufficiently high temperature, that it can take on a completely spherical shape, and that additional turbulence is created in the gases in the furnace, so that all the glass fibers are broken into small rods, from which the small glass beads then form.
As soon as the spherical glass beads lose their forward movement caused by the combined action of the burners 32 and 24, they fall against the bottom of the furnace 10 and pass through zones of relatively lower temperature. The glass beads solidify and are collected on the bottom 14 of the furnace 10. The exhaust gases are removed from the furnace 10 through the exhaust duct 1.8.
FIG. 4 shows a modification of the device shown in FIGS. 1, 2 and 3. The apparatus shown in Figures 1, 2 and 3, as mentioned, can be referred to as the horizontal type since the gas flows move the atomized glass particles in a generally horizontal direction. The device shown in Fig. 4 can be referred to as a vertical type, since the gas streams move the atomized glass particles in a generally vertical direction.
In the following, only those elements of the device modified in FIG. 4 with respect to FIGS. 1, 2 and 3 will be described in detail.
The device has an oven which is provided with a vertical side wall 70 and a bottom part 72 which is inclined downwards and which is directed inwards and which is open at the top. The annular upper wall 74, which has a downwardly conically widened lower edge 76, surrounds the upper open end of the side wall 70 and is at a certain distance therefrom. At the upper end of the upper wall 74 there is a hood 78 with an exhaust duct 80 for the exhaust gases.
In the case of the vertical apparatus shown in FIG. 4, it has proven to be expedient to see a small outflow lip 82 at the outflow end of the glass supply line 62. This combats any undesirable dripping of molten glass that emerges from the line 62 into the opening 46.
In operation, the molten glass 60 flows from the tank 50 through the line 62 to the opening 46, whereupon the glass flow is divided into a multitude of thin flows due to the high speed of the gases flowing from the primary burner 32 through the blow opening 46. The high velocity gases flowing through opening 46 tend to expand rapidly after entering furnace 10, thereby creating a zone of turbulence in the furnace.
The turbulence of the gases causes the streams of molten glass to break into a multitude of small glass rods. The energy of the gas flowing upwards through the opening 46 guides the glass rods upwards into the furnace chamber delimited by the side wall 70. The many small, rod-shaped glass particles take on a spherical shape due to the surface tension.
Due to the combined action of the primary burner 32 and the secondary burner 24, the glass particles are carried upwards until the relatively lower temperature zone defined by the annular upper wall 74 solidifies. At this point in time, the glass has already assumed a spherical shape and formed pearls which move obliquely outward against the side wall 74.
Then the pearls lose their upward moment and fall under the action of gravity through the annular space between the conically widened lower edge 76 and the outer surface of the vertical side wall 70 downwards and are finally placed in a suitable collector, such as an annular funnel (not shown ), collected.
Another modification of the device shown in Fig. 1, 2 and 3 and described above is shown in Fig. 5, 6 and 7;
it relates to a modified form of supplying the molten glass from the reservoir major central axis of the primary opening in the vicinity of its outlet end.
As shown in Fig. 5, 6 and 7, the nozzle end 22 of the primary burner 32 is provided with a perpendicular right slot 86, the upper end in connection with the supply line 62 for the molten glass and the lower end in connection with the outlet end of the blow opening 46.
Inside opening 46 and slightly recessed from its exit end, aligned with slot 86. streamlined deflector 88 arranged. The deflector 88 widens in the direction of the gas flow, and its downstream end is designed so that it. corresponds to the cross-section of the slot on the whole.
The modification just described is a relatively simple trick to introduce the molten glass into the center of the gas flow before it comes into contact with the violent action of the flowing gases.
It is clear to those skilled in the art that the size of the glass beads produced by the method described and by means of the device described depends on a number of variable factors. These include the viscosity of the glass part,
the diameter of the outlet opening of the glass tank and the speed and temperature of the heated glass flowing out of the high pressure nozzle.
Although glass of different types can be used in a satisfactory manner to carry out the process, it has been shown that particularly good results can be obtained with a modified glass of the soda-lime-silicate type of the following composition:
Silicon dioxide Si02 68%, calcined soda Na2C03 10%, barium carbonate BaC03 4%, calcium oxide Ca0 16%, fluoride 2%.