CH664551A5

CH664551A5 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von kugeln und die damit hergestellten kugeln.

Info

Publication number: CH664551A5
Application number: CH1322/87A
Authority: CH
Inventors: Rudolf K Braun
Original assignee: Potters Industries Inc
Priority date: 1985-08-07
Filing date: 1986-05-21
Publication date: 1988-03-15
Also published as: JP2591612B2; AT400563B; SE8701432D0; CS274659B2; EP0231205B1; CS584086A2; ES555652A0; ES557465A0; BR8606812A; US4643753A; GB2191188B; GB8708161D0; EP0231205A1; CN86104881B; MX161229A; ES8800067A1; CA1307377C; ES8800882A1; SE8701432L; CN86104881A

Description

BESCHREIBUNG Diese Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Kugeln, und im beson-60 deren ein Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kugeln aus sehr kleinen Teilchen aus Glas oder aus einem anderen, zur Herstellung von Kugeln bestimmten Material, sowie die damit hergestellten Kugeln.

Glasperlen und andere, erfindungsgemäss hergestellte ku-65 gelförmige Partikel haben zahlreiche industrielle und kommerzielle Anwendungen. In vielen Fällen werden die Kügel-chen zur Erzeugung einer reflektierenden Oberfläche benutzt, wie etwa für Streifen-Markierung auf Autobahnen,

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Wegweiser oder Warnsignale, Leinwände für Filmprojektionen u.s.w. Andere Anwendungen für die Kügelchen umfassen auch solche, wo ihre Reflex-Eigenschaften von geringer Bedeutung sind, wie etwa in Fällen, wo die Kügelchen als Füllmaterial für Kunststoffe benutzt werden, zur Stossbe-handlung und Kalthärten von Metall-Oberflächen, oder für verschiedene elektrische Anwendungen. Der Durchmesser der Kügelchen kann in weiten Grenzen variieren und reicht beispielsweise von etwa 6 mm abwärts bis etwa 1 Mikron.

Verschiedene Verfahren und Vorrichtungen wurden bislang zur Herstellung von Glaskugeln verwendet. Beispielsweise wurde es zur allgemeinen Praxis, ungleichmässig geformte Glaspartikel in ein vertikal angeordnetes, konisches Rohr einzuführen, das an seinem oberen Ende offen ist, wobei neben seinem unteren Ende eine gut verteilte Glasflamme vorgesehen ist. Die Teile werden durch die Verbrennungsgase aufwärts in eine Expansionskammer getragen oder oberhalb des konischen Rohres gestapelt. Während ihrer Aufwärtsbewegung werden die Partikel weich und werden durch die Oberflächenspannung in eine im wesentlichen kugelförmige Konfiguration geformt und bilden Glaskugeln. Für eine detailliertere Diskussion der repräsentativen Systeme dieser Art zur Herstellung von Kügelchen sei beispielsweise auf das US-Patent Nr. 2 334 578 verwiesen, das am 16. November 1943 Rudolf H. Potters erteilt wurde, ebenso wie US-Pa-tent Nr. 2 619 776 vom 2. Dezember 1952, ferner auf US-Pa-tent Nr. 2 945 326, am 19 Juli 1960 an Thomas K. Wood und die US-Patente Nr. 3 560 185 und 3 560 186, die am 1. Februar 1971 an Arthur G. Nylander erteilt worden sind.

In anderen Fällen sind Glaskugeln direkt aus einem Strom geschmolzenen Glases hergestellt worden, wie es z.B. im US-Patent Nr. 3 279 905 offenbart wird, erteilt am 18. Oktober 1966 an Thomas K. Wood et al. Ein weiteres, bislang benutztes Verfahren zur Herstellung von Kugeln um-fasst den Einsatz eines Ofens. In diesem letzteren Verfahren werden die zerbröckelten Glaspartikel konventionell mit einem Harz oder einem anderen Bindemittel und einem graphitartigen Material überzogen, damit eine schützende Schicht und/oder Matrix um jedes der Partikel gebildet wird, während des Formprozesses der Kugeln. Verfahren dieses zuletzt genannten Typus werden im US-Patent Nr. 3 597 177, offenbart, das am 3. August 1971 Charles Davidoff erteilt worden ist, sowie in US-Patent Nr. 2 461 011, von N.W. Taylor et al'., erteilt am 8. Februar 1949.

Die in den Herstellbetrieben für kugelförmige Partikel, wie etwa Glasperlen, angewandten, vorbekannten Verfahren und Vorrichtungen weisen gewisse Nachteile auf. Beispielsweise war der thermische Gesamt-Wirkungsgrad vieler der vorbekannten Systeme vergleichsweise niedrig, was zu extrem hohen Herstellkosten führte. Zusätzlich, und dies ist ein besonderes Merkmal des Verfahrens und der Vorrichtung mit vertikalem Konus-Rohr, wurde der thermische Wirkungsgrad dadurch geschmälert, dass ein Teil der verfügbaren Energie zum vertikalen Transport der Partikel benutzt werden musste; auch hatte der im Rohr herrschende Temperaturgradient bei der Produktion von Kugeln gelegentlich nicht ausreichende Rundheit oder andere Mängel zur Folge. Ausserdem war eine sorgfaltige Überwachung der Populationsdichte der Partikel erforderlich, um die Kollisionen von Partikeln zu minimalisieren, die der Produktequalität abträglich wären. Die bisher verwendeten Geräte zur Herstellung von Glaskugeln waren gross und hatten weitere Nachteile, die dem Wirkungsgrad einer ökonomischen, kontinuierlichen Herstellung von Kugeln in grossem Ausmass abträglich waren.

Andere vorbekannte Verfahren und Vorrichtungen, wie etwa solche mit rotierenden Öfen oder ähnlichen Geräten, hatten den Nachteil, dass die verwendeten Beschichtungsma-

terialien entweder ein Bindemittel für die Schutzschicht benötigten, oder eine Matrix mit einer erheblichen Masse, welche mit den Kugeln erhitzt werden musste. Ein weiterer Nachteil der zuletzt genannten Verfahren und Vorrichtungen 5 besteht darin, dass das Beschichtungsmaterial in einem kostspieligen mechanischen Wasch-Prozess wieder entfernt werden musste, um ein unbeschichtetes Produkt zu erhalten.

Eine allgemeine Zielsetzung dieser Erfindung ist deshalb die Schaffung eines neuen Verfahrens und einer Vorrichtung 10 zur Herstellung von Glaskügelchen oder anderer kugelförmiger Partikel.

Es ist im besonderen eine Zielsetzung dieser Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, worin die verfügbare Hitze wirksamer und weniger kostspielig einge-15 setzt wird, als dies bisher der Fall gewesen ist.

Eine weitere Zielsetzung dieser Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung kugelförmiger Partikel, womit Partikel mit extrem guten Eigenschaften hinsichtlich Gleichmässigkeit und Rundheit er-20 zeugt werden können.

Eine andere Zielsetzung dieser Erfindung besteht in der Schaffung eines Partikelerzeugungs-Verfahrens und -Vorrichtung, worin die Partikel mit einem extrem feinen und gleichmässigen Überzug versehen werden, ohne dazu Binde-25 mittel oder Matrizen zu verwenden.

Eine weitere Zielsetzung der Erfindung ist die Schaffung eines Partikelerzeugungs-Verfahrens und -Vorrichtung mit den genannten Eigenschaften, worin der Überzug zum Erhalt optisch klarer Partikel entfernt wird, ohne Waschen 30 oder mechanisches Entfernen des Überzuges.

Erfindungsgemäss werden diese Zielsetzungen mit den in den Ansprüchen definierten Verfahren und Vorrichtungen gelöst.

Die Verwendung eines Wirbelbettes zur Erzeugung oder 35 zur anderweitigen Behandlung der Partikel ist ein besonders vorteilhaftes Merkmal einer Anzahl der bevorzugten Ausführungen der Erfindung. Das Wirbelbett dient der Eingrenzung der Partikel innerhalb eines viel kleineren Gebietes, als jenes der meisten der kommerziell verwendeten Systeme zur 40 Herstellung von Kugeln, mit dem Ergebnis, dass der Wärmeverlust während der Kugelbildung der Partikel wesentlich reduziert wird. Ausserdem ermöglicht die gleichmässigere Hitzeverteilung in dem Lager die Produktion von Kugeln mit besseren Eigenschaften hinsichtlich Rundheit und 45 Grösse.

Ein weiteres Merkmal mehrerer der vorteilhaften Ausführungen der Erfindung besteht darin, dass die Partikel vor dem Erreichen ihrer Schmelztemperatur mit einem dünnen 50 Überzug eines Schutzmaterials versehen werden. Sollten die Partikel während der Kugelbildung miteinander in Berührung kommen, dann dient der Überzug dazu, ein Zusammenhaften oder Zusammenbacken der Partikel zu verhindern. Der Überzug enthält vorzugsweise einen oxidierbaren 55 Kohlenstoff, der sogar in einem vertikalen Konus-Rohr oder in Systemen mit rotierendem Ofen an den Partikeln haftet.

Gemäss einem weiteren Merkmal mehrerer guter Ausführungen der Erfindung werden die beschichteten Partikel nach der Kugelbildung einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt. 60 Die Partikel werden während einer Zeitspanne in der oxidierenden Atmosphäre belassen, die ausreicht, um den Überzug zu verbrennen oder zu oxideren, sodass die erzeugten Kugeln optisch klar sind und gute Reflexionseigenschaften haben.

Die vorliegende Erfindung sowie weitere ihrer Zielsetzun-65 gen und Merkmale werden klarer und vollständig verständlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführung, die mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen zu lesen ist.

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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung von Glaskügelchen, gemäss einer beispielsweisen Ausführung der Erfindung.

Fig. 2 stellt einen vertikalen Längsschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 3 dar und illustriert ein Wirbelbett mit den zugehörigen Komponenten, welche in dem Verfahren und der Vorrichtung gemäss Fig. 1 verwendet werden.

Fig. 3 ist ein vertikaler Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2.

Fig. 3a ist ein horizonaler Querschnitt entlang der Linie 3a-3a in Fig. 2.

Fig. 4 ist eine vertikale Schnittdarstellung eines anderen Wirbelbettes, das in dem Verfahren und der Vorrichtung gemäss Fig. 1 verwendet wird.

Fig. 5 ist ein horizontale Schnittdarstellung entlang der Linie 5-5 in Fig. 4.

Fig. 6 ist eine vertikale Längschnitt-Darstellung eines dritten Wirbelbettes, das in dem Verfahren und der Vorrichtung gemäss Fig. 1 Anwendung findet.

Fig. 7 ist eine vertikale Querschnitt-Darstellung entlang der Linie 7-7 in Fig. 6.

Fig. 8 ist eine vertikale Schnittdarstellung eines Wirbelbettes zur Verwendung in einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung von Glaskügelchen gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 9 ist eine horizontale Schnittdarstellung entlang der Linie 9-9 in Fig. 8.

In Fig. 1 der Zeichnungen sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Glaskügelchen aus sehr fein zerstossenen Glaspartikeln dargestellt. In der widergegebenen Ausführung bestehen die zerstossenen Partikel aus konventionallem Soda-Kalk-Glas; Verfahren und Vorrichtung können aber mit den im wesentlichen gleichen Fazilitä-ten zur Herstellung von Kugeln eingesetzt werden, jedoch unter Verwendung einer andern Glassorte, von Kunststoffen oder von praktisch jedem anderen Partikel-Material, das die Eigenschaft aufweist, das unter der bei Erhitzen durch die Oberflächenspannung oder wegen anderer Effekte kugelförmig wird. Das in den Zeichnungen dargestellte Verfahren und die Vorrichtung haben ihren typischen Einsatz in der Massenproduktion von Glaskügelchen. unter Verwendung von einem oder mehrerer Verflüssigungs-Läger. Wie in der sich ergebenden Diskussion detaillierter zu erklären sein wird, sind jedoch gewisse Merkmale der Erfindung auch bei der Herstellung von Kügelchen mittels vertikalem Konus-Rohr. mit rotierenden Öfen oder mittels eines anderen Systems anwendbar.

In Verfahren und Vorrichtung gemäss Fig. 1 wird eine Vielzahl zerstossener Glaspartikel kontinuierlich durch ein Einlassrohr 11 in einem Tumbler 10 eingespeist. Der Tum-bler 10 weist eine konventionelle Konstruktion auf und ist zudem mit einem Einlassrohr 12 zur Einspeisung eines geeigneten Überzug-Materials versehen. Dieser Überzug enthält vorteilhafterweise ein oxidierbares, anhaftendes, kohlenstoffhaltiges Material, wie es weiter unten noch im Detail beschrieben wird, und wird im Tumbler 10 gründlich mit den Glaspartikeln vermischt, damit an jedem Partikel ein extrem dünner, aber vollständiger Überzug entsteht. Es werden der Mischung keine Bindemittel oder Matrizen beigegeben; die extrem kleinen Abmessungen der Partikel und die Hafteigenschaften des Überzugsmaterials tragen zu der Bildung eines glatten und gleichmässigen Überzugs um die Partikel bei.

Die derart überzogenen Glaspartikel werden von dem Tumbler 10 durch eine Leitung 13 und ein Ventil 14 in ein Gehäuse zur Kugelbildung geleitet, das die Form eines Wirbelbettes 15 hat. Wie es am besten in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, wird die Leitung 13 so in das Wirbelbett 15 eingeführt, dass sie sich am linken oder dem Einspeise-Ende der oberen

Deckwand 19 des Wirbelbettes befindet. Das Wirbelbett 15 weist auch eine untere Wand 20 auf, ferner längs stehende Seitenwände 22 und 23, sowie Stirnwände 25 und 26, die alle aus reflektierendem, wärmeisolierendem Material gefertigt 5 sind. Diese Wände bilden ein längliches rechteckiges Gehäuse für die verschiedenen inneren Komponenten des Wirbelbettes.

Im Inneren des Wirbelbettes 15 befinden sich zwei relativ schmale Kanäle 30 und 31. Diese Kanäle 30 und 31 sind zueinander in seitlicher paralleler Lage angeordnet und erhalten aus der Partikel-Leitung 13 die beschichteten Glaspartikel. An ihrem unteren Ende ist die Leitung 13 mit einem Y-Stück versehen und verzweigt sich so in Zweigleitungen 13a und 13b, die mit den Kanälen 30 bzw. 31 kommunizieren. 15 Die Kanäle 30 und 31 sind je mit einer Reihe von Lamellen 32 versehen (Fig. 3a). Die Lamellen 32 haben die Form von vertikalen Platten, die in senkrecht zu der Längsrichtung der Kanäle stehenden Ebenen liegen und sich abwechslungsweise von gegenüberliegenden Seiten jedes Kanals aus erstrecken, 20 damit ein sinusartiger Pfad für die sich längs des Kanals bewegten Partikel gebildet wird.

Innerhalb des Wirbelbettes 15 sind Heizzonen 36, 37 und 38 vorgesehen. Die Temperatur dieser Zonen wird teilweise durch Heizelemente 39, 40 und 41 im Inneren des Wirbelbet-25 tes gesteuert. Wie es am besten in Fig. 3 und 3a ersichtlich ist, sind die Heizelemente 39 und 41 an die entsprechenden Längswände 22 und 23 des Wirbelbettes grenzend angeordnet, während das Heizelement 40 zentral im Mittelgang zwischen den Kanälen 30 und 31 untergebracht ist. Das Wirbel-30 bett 15 weist zudem eine Auslasszone 45 auf, am stromabwärts gelegenen Entlade-Ende des Wirbelbettes. Die Zone 45 ist von der Zone 38 durch eine vertikal angeordnete Wehrplatte 46 getrennt, die sich quer durch jeden der Kanäle 30 und 31 erstreckt.

35 Eine einstellbare Wehrplatte 47 ist zwischen der Auslasszone 45 und der Stirnwand 26 am Entlade-Ende des Wirbelbettes 15 angeordnet. Die Wehrplatte 47 ist mit einer Zentralöffnung versehen, definiert durch die Leiste 48, und ist vertikal gleitend bewegbar in einer Entlade-Leitung 49 untergebracht, die sich durch die untere Wand 20 des Wirbelbettes 15 hindurch erstreckt. Diese Entlade-Leitung 49 kommuniziert mittels einer geeigneten Y-Verbindung (in den Zeichnungen nicht sichtbar) mit den Kanälen 30 und 31 des Wirbelbettes 15. Die Wehrplatte 47 kann bezüglich der Leitung 45 49 sowohl auf- wie abwärts bewegt werden, womit die Lage der Leiste 48 innerhalb der Leitung variiert werden kann.

Eine perforierte Bodenplatte 51 ist im Inneren des Wirbelbettes 15 in einem kleinen Abstand über der Bodenwand 20 befestigt. Fünf Gas-Einlassleitungen 53, 54, 55, 56 und 57 50 erstrecken sich durch die Bodenwand 20 des Wirbelbettes 15 und sind entlang der zentralen Längsachse des Wirbelbettes verteilt. Diese Einlassleitungen führen Wirbelgas in den Raum zwischen der Wand 26 und der Bodenplatte zu den zwei inneren Kanälen 30 und 31.

55 Das Wirbelgas wird, gemäss Fig. 1, durch eine Einlass-Leitung 60 in das System geführt. Das Gas enthält vorteilhafterweise Stickstoff oder ein anderes, genügend inertes Gas, das weder mit dem Überzug-Material noch mit den kugelig zu formenden Partikeln selbst reagiert, bei den im Sy-60 stem herrschenden Temperaturen. Das einströmende Gas wird durch ein Einlassventil 62 und ein Gebläse 63 in einen Wärmeaustauscher 65 geleitet. Von dem Wärmeaustauscher 65 kommend strömt das Gas in einen Vorwärmer 67 und nachfolgend in die Heizungen 69 und 70.

65 Eine Zweigleitung 72 ist zwischen den Heizungen 67 und 69 mit der Einlassleitung 60 verbunden. Die Leitung 72 führt zu zwei parallel zueinander angeordneten Ventilen 73 und 74, welche ihrerseits mit den Einlassleitungen 53 bzw. 54 ver-

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bunden sind. Eine zweite Zweigleitung 76 ist zwischen den Heizungen 69 und 70 mit der Leitung 60 verbunden. Die Leitung 76 führt über ein Ventil 77 zu der Gas-Einlassleitung 55. Die verbleibenden Gas-Einlassleitungen 56 und 57 sind über eine Zweigleitung 78 auf der stromabwärts gelegenen Seite der Heizung 70 mit der Leitung 60 verbunden. Die Strömung des Wirbelgases durch die Heizung 70 und die Zweigleitung 78 wird mittels des Ventils 79 gesteuert.

Die Anordnung ist so ausgelegt, dass das Gas in der Leitung 60 im Wärmeaustauscher 65 und in dem Vorwärmer 67 vorgeheizt wird, wonach ein Teil des vorgeheizten Gases über die Einlassleitungen 53 und 54 in die Zone 36 des Wirbelbettes 15 eingeleitet wird. Ein anderer Teil des vorgeheizten Wirbelgases wird in der Heizung 69 weiter erwärmt und über die Zweigleitung 76 und die Einlassleitung 55 in die Zone 37 des Wirbelbettes 15 geführt, während ein dritter Anteil des vorgeheizten Wirbelgases in der Heizung 70 noch weiter erhitzt und durch die Zweigleitung 78 und die Einlassleitungen 56 und 57 in die Zonen 38 und 45 des Wirbelbettes geleitet wird.

Das Wirbelbett 15 ist mit einer Gas-Auslassleitung 80 versehen, womit das inerte Gas kontinuierlich aus dem angrenzenden Bereich des oberstromseitigen Endes der oberen Wand 19 (Fig. 2) abgezogen wird. Die Auslassleitung 80 ist mit einem Zyklon-Abscheider 84 verbunden, der den Staub und andere Material-Partikel von dem heissen Inert-Gas aus dem Wirbelbett trennt. Die Material-Partikel werden über das Ventil 82 und Die Rückleitung 85 in das Wirbelbett 15 zurückgeführt, während das abgezogene Gas durch eine Leitung 87 in den Wärmeaustauscher 65 geleitet wird, wo es zum teil weisen Vorheizen des in der Einlass-Leitung 60 befindlichen frischen Inert-Gases verwendet wird. Von dem Wärmeaustauscher gelangt das abgezogene Gas in eine Kühleinheit 90, die über eine Leitung 92 mit Kühlwasser versorgt wird. Das abgekühlte Gas tritt dann in einen Beutelfilter 95 mit einer Rückführ-Leitung 96 für Stickstoff und einem Staubbehälter 97, der die in dem Gas verbleibenden Material-Partikel auffängt. Eine Leitung 99 führt das Gas aus dem Beutelfilter 95 zu einem weiteren Filter 100, welcher über eine Leitung 102 mit der Einlass-Leitung 60 verbunden ist, zwischen dem Ventil 62 und dem Gebläse 63. Das so gekühlte und filtrierte Gas wird dem frischen Wirbelgas in der Leitung 60 beigemischt und in das System zurückgeführt.

Eine Leitung 103 ist mittels eines Ventils 104 mit der Wirbelgas-Leitung 60 verbunden. Die Leitung 103 trifft zwischen dem Wärmeaustauscher 65 und der Vorheizung 67 auf die Leitung 60 und wird zur Wirbelgas-Speisung eines Zwi-schen-Wirbelbettes 105 benutzt, welches die beschichteten Glaskugeln aus der Auslassleitung 49 aufnimmt. Das Wirbelbett 105 dient als Trennbett zur Abgrenzung der inerten Atmosphäre in dem Wirbelbett 15 und auch zur teilweisen Abkühlung der Kugeln. Um den freien Fluss der Partikel durch die Auslassleitung 49 zum Wirbelbett 105 zu gewährleisten, ist dieses mit einer Auslassleitung 106 versehen, die zu einer Pumpe 108 und anschliessend zu dem Abscheider 84 führt. Die Pumpe 108 zieht kontinuierlich inertes Gas aus dem Wirbelbett 105 ab und vermeidet so die Bildung eines zu hohen Druckes im Inneren des Wirbelbettes.

Aus dem abdichtenden, kühlenden Zwischen-Wirbelbett 105 gelangen die erzeugten beschichteten Kugeln durch eine Auslass-Leitung 107 in ein Oxidations-Wirbelbett 110. Wie es am besten in Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, enthält das Oxidations-Wirbelbett 110 ein Gehäuse 112 aus reflektierendem, wärmeisolierendem Material, das einen zylindrischen Behälter 113 umschliesst. Der Behälter 113 ist mit einer perforierten Bodenplatte 114 versehen, die in einem Abstand zu der Bodenwand des Gehäuses angeordnet ist. Eine Lufteinlass-Leitung 115 erstreckt sich durch die Bodenwand des Gehäuses zwecks Aufnahme des Wirbelgases in den Raum zwischen der Bodenwand und der Platte 114 und anschliessend durch die perforierte Platte, damit die beschichteten Kugeln innerhalb des Behälters 113 in oxidierender Atmosphäre auf-5 gewirbelt werden. Der Behälter bildet eine Umschliessung für die beschichteten Kugeln und weist eine sich von der Deckwand nach oben erstreckende Abluftleitung 116 auf.

Das Wirbelbett 110 wird mit Luft oder einem anderen oxidierenden Gas aus einer Leitung 120 beschickt (Fig. 1). 10 Das ankommende Gas strömt durch einen Luftfilter 121 und ein Gebläse 122 zu einem Ventil 124 und dann durch eine Heizung 126 in die Einlass-Leitung 115.

Aufgewirbelte Partikel aus dem Wirbelbett 110 gelangen durch eine Leitung 128 in ein Kühlungs-Wirbelbett 130. Wie 15 es am besten in Fig. 6 und 7 dargestellt ist, enthält das Kühlungs-Wirbelbett 120 ein rechteckiges Metallgehäuse 132, das von einem Kühlmantel 134 umgeben ist. Der Mantel 134 wird durch eine Einlassleitung 135 mit Wasser oder einer anderen Kühlflüssigkeit gespiesen, welche durch die Auslasslei-20 tung 136 wieder abfliesst. In einem geringen Abstand über dem Boden des Gehäuses 132 befindet sich eine perforierte Platte 138. Der Raum unterhalb der Platte 138 wird mit Luft oder einem Wirbelgas in Raumtemperatur aus einer Einlass-Leitung 139 beschickt, die über ein Ventil 142 (Fig. 1) zwischen dem Gebläse 122 und dem Ventil 124 mit der Speiseleitung 120 verbunden ist. Das Wirbelgas wird kontinuierlich aus dem Kühlungs-Wirbelbett 130 durch eine Abluftleitung 144 abgezogen, welche mit der Abluftleitung 116 aus dem Oxidations-Wirbelbett 110 verbunden ist.

30 Die in den Tumbler 10 eingegebenen, unregelmässig geformten Partikel enthalten Partikel aus Glas und aus anderen glasartigen Materialien. Zusätzlich zum Soda-Kalk-Glas, das für Strassenmarkierungen im allgemeinen verwendet wird, kann mit der gleichen Eignung auch Glas mit hö-35herem Reflexionsvermögen verwendet werden, wie z.B. Titangläser. Die Partikel können auf Wunsch auch gesiebt werden, damit das Produkt auf einen bestimmten Grössenbe-reich eingegrenzt wird, oder sie können verfahrensgemäss so behandelt werden, dass Glaskugeln variabler Grösse erzeugt 40 werden, die dann nach Wunsch gesiebt werden, damit Kügelchen eines bestimmten Grössenbereichs erhalten werden. Das Verfahren kann auch für Partikel aus Kunststoff oder eines anderen Materials angewandt werden, das bei Erwärmung weich wird. Einer der Vorteile des Verfahrens ist der, 45 dass damit grössere Kugeln erzeugt werden können, als mit vielen der bisher kommerziell verwendeten Verfahren. In Systemen mit dem bekannten Konus-Rohr beispielsweise liegt die Grösse der Kugeln üblicherweise im Bereich von 1 Mikron bis höchstens 1,0 mm; mit dem erfindungsgemässen 50 Verfahren jedoch werden Kugeln guter Qualität und beliebiger Grösse im Bereich von 1 Mikron bis etwa 6,0 mm erzeugt.

Die ungleichmässig geformten Partikel werden im Tumbler 10 mit einem oxidierbaren, anhaftenden Schutz-Be-55 schichtungs-Material extrem feiner Körnung gründlich vermischt. Obwohl eine breite Vielfalt von Überzugsmaterialien mit diesen Eigenschaften verwendet werden können, werden besonders gute Resultate mit Beschichtungen aus Russ erreicht. Bornitrid, Kohlenstoff-Atome enthaltende Silizium-60 Wasserstoffe und anderes kohlehaltiges Material, das nicht von weichem oder geschmolzenem Glas benetzt wird, kann auch mit Erfolg verwendet werden. Als Beschichtungsmate-rial eignet sich der kommerziell unter dem Namen «Lampen-russ» erhältliche Russ.

65 Die Menge des Beschichtungsmaterials sollte so bemessen werden, dass eine vollständige und gleichmässige Be-schichtung um jede Glaskugel herum erzeugt wird. Wird jedoch den Partikeln zuviel Beschichtungsmaterial beigegeben,

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so trägt das überschüssige Material nichts zur Verbesserung der Schutzwirkung der Beschichtung bei und wird bloss verschwendet. Für zerstossene Glaspartikel im Grössenbereich von 18 bis 40 mesh U.S. Standard und für Russ liegt die Menge an Beschichtungsmaterial vorzugsweise im Bereich 0,5 bis 2 Gramm pro Pfund Partikel, und besonders gute Resultate werden in den Fällen erreicht, wo das Verhältnis etwa 1,0 Gramm Beschichtung pro Pfund Partikel beträgt. Unter 0,5 Gramm pro Pfund Partikel reicht nicht aus, um jede Kugel vollständig zu beschichten, während über 2 Gramm pro Pfund zwar ein befriedigendes Produkt ergibt, wobei aber der Überschuss an Beschichtung keinen weiteren, vorteilhaften Effekt bewirkt. Für Partikelgrössen unter 18 bis 40 mesh wird eine proportional grössere Menge an Beschichtungsmaterial eingesetzt, wegen der grösseren Gesamtoberfläche der Partikel. Dementsprechend erfordern Partikel oberhalb dieses Grössenbereiches weniger Beschichtungsmaterial. Die für einen bestimmten Arbeitsgang eingesetzte Menge an Beschichtungsmaterial ist umgekehrt proportional der Oberfläche der Partikel, in einer im wesentlichen linearen Zuordnung. Um diese Kriterien zu erfüllen, liegt die eingesetzte Menge an Beschichtungsmaterial vorteilhafterweise im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,5 Gewichtsprozenten.

Die Verwendung von haftendem Beschichtungsmaterial mit dieser Eigenschaft erlaubt die Verwirklichung einer glatten und gleichmässigen Beschichtung jedes einzelnen Partikels, ohne dass dazu Bindemittel, Matrizen oder andere Additive zu der Beschichtung notwendig sind. Demzufolge sind Harze, Holzkohle-Matrizen eliminiert, was ein rascheres Anbringen der Beschichtung erlaubt, als dies bei den früheren Beschichtungsmaterialien möglich war, und bei viel tieferen Kosten.

Nach Abschluss der Beschichtung werden die zerstossenen Glaspartikel durch die Leitung 13 in die Wirbelkammer 15 gebracht. Die Strömungsrate der ankommenden Partikel wird so gewählt, dass im Inneren der Wirbelkammer-Kanäle 30 und 31 (Fig. 3 und 3a) dauernd ein solches Volumen an Partikeln erhalten wird, das etwa der Hälfte des Volumens der Kanäle beträgt. Die Partikel werden in den Kanälen 30 und 31 durch das Inert-Gas aus den Leitungen 53, 54, 55, 56 und 57 verwirbelt, und die Partikel werden für eine ausreichend lange Zeit auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, damit die Partikel weich werden und damit die Oberflächenspannung sie in Kugelform zwingt, während dem sie sich in fluidisiertem Zustand befinden.

Das Erhitzen der Partikel wird bei deren Fortbewegung durch die aufeinanderfolgenden Zonen 36, 37, 38 und 45 des Wirbelbettes 15 sorgfaltig gesteuert, durch Regelung der Temperatur der inerten Atmosphäre innerhalb der Zonen. Dies wird durch Steuerung der äusseren Heizungen 67, 69 und 70 und der inneren Heizungen 39,40 und 41 (Fig. 3 und 3a) bewirkt. Für die Kugelbildung von Soda-Kalk-Glas z.B. wird die Temperatur der durch die Zone 36 bewegten Partikel auf etwa 400 C angehoben. Bei dieser Verfahrensstufe sind die Partikel noch nicht weich und behalten ihre gleich-mässige kohlehaltige Beschichtung. In der Zone 37 wird die Temperatur der Partikel erneut angehoben, und in den Zonen 38 und 45 wir die Temperatur noch weiter auf etwa 850 C bis 900 C erhöht. Die Verweilzeit in den Zonen 38 und 35, beispielsweise 15 min., reicht aus, damit jedes Partikel erweicht und unter der Einwirkung der Oberflächenspannung kugelig geformt wird, während dem es im Wirbelzustand gehalten wird. Die Atmosphäre in den Zonen 38 und 45 ist ausreichend inert, damit jedes Oxideren oder Wegbrennen der Beschichtung des Partikels vermieden wird. Das aus der Einlassleitung 55 einströmende Inert-Gas wird durch die Heizung 69 bei einer Temperatur von etwa 600 C gehalten, und die Heizung 70. bewirkt zusammen mit den Heizungen

39, 40 und 41 (Fig. 3 und 3a) eine weitere Erhöhung der Temperatur der Atmopshäre innerhalb der Zonen 38 und 45, womit die Partikel auf ihre Kugelbildungs-Temperatur gebracht werden.

5 Die fluidisierten Partikel innerhalb des Wirbelbettes 15 werden auf ihrer Kugelbildungs-Temperatur gehalten, während sie durch die Zone 38 in die Auslass-Zone 45 wandern. Wie es am besten in Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Partikel-Spiegel in der Zone 45 wesentlich gefallen, als Folge der Wir-l0kung der Wehrplatte 46, und die Partikel setzen ihre Bewegung über die Leiste 48 an der Wehrplatte 47 fort in die vertikale Auslass-Leitung 49.

Aus der Auslass-Leitung gelangen die nunmehr kugelförmigen Partikel in das abdichtende Kühlungs-Zwischen-Wir-15belbett 105. Die Partikel werden im Wirbelbett 105 einem scharfen Temperatursturz ausgesetzt und bei einer reduzierten Temperatur von beispielsweise 600 C gehalten, in ver-wirbeltem Zustand, für eine ausreichende Dauer, damit sich die Kugeln verfestigen können. Zusätzlich zu der Abkühlung 20 der Partikel wirkt das Wirbelbett 105 als Abdichtung zwischen der inerten Atmosphäre in dem Wirbelbett 15 und der oxidierenden Atmosphäre in dem Wirbelbett 110.

Werden die verfestigten Kugel-Partikel der oxidierenden Atmosphäre in dem Wirbelbett 110 ausgesetzt, so verbrennt 25 die kohlehaltige Beschichtung der Partikel rasch weg und wird durch die Abluft-Leitung 116 wegbefördert. Wegen des extrem dünnen Überzuges wird jedes einzelne Teilchen des Beschichtungsmaterials von dem kugelförmigen Partikel entfernt, sodass die Kugeln optisch klar sind und keine weitere 30 Reinigung, Waschen oder andere Behandlung mehr erforderlich ist. Die Oxidations-Atmosphäre innerhalb des Wirbelbettes 110 weist eine Temperatur auf, die über der Brennoder Oxidationstemperatur des Beschichtungsmaterials liegt, jedoch unterhalb der Erweichungs-Temperatur der kugelför-35 migen Partikel, um deren Zusammenkleben oder eine Deformation der Kugeln zu verhindern, wenn diese sich gegenseitig berühren, nachdem die Beschichtung entfernt worden ist. Die Atmosphäre in dem Wirbelbett 110 wird durch die geheizte Luft auf dieser Temperatur gehalten, welche über die 40 Heizung 126 und die Leitung 115 in das Wirbelbett gelangt, und durch die bei der Verbrennung des Beschichtungsmaterials erzeugte Wärme.

Die optisch klaren Glaskugeln gelangen durch die Leitung 128 in das Kühlungs-Wirbelbett 130. Die Partikel wer-45 den im Wirbelbett 130 in verwirbeltem Zustand gehalten, während ihre Temperatur weiter bis auf 90 °C abgesenkt wird. Das entstandene Produkt wird dann in einen Sammler 148 überführt.

Während dem Herstellungsprozess sind die Partikel und 50 das Beschichtungsmaterial in trockenem Zustand, ohne die Gegenwart von Wasser oder anderen Flüssigkeiten. Mit der Gegenwart von Wasser in dem Tumbler 10 ergibt sich beispielsweise die Tendenz, dass die Partikel zusammenkleben und erfordert eine viel schwerere Beschichtung jedes Partikels. Bei den im Wirbelbett 15 herrschenden Temperaturen könnte das Wasser Sauerstoff abgeben mit dem Ergebnis, dass das Beschichtungsmaterial vorzeitig wegbrennen würde. Es ist wegen der gegenseitigen Berührung der Partikel im verwirbelten Zustand wichtig, dass der Überzug um jedes 60 Partikel bis zur Verfestigung als Glaskugeln intakt bleibt, damit Zusammenkleben und Missgestaltung der Partikel vermieden werden. Die Beschichtung wird dann von den Kugeln entfernt, die immer noch eine hohe Temperatur aufweisen.

65 In Fig. 8 und 9 ist ein Wirbelbett 150 dargestellt, das eine Vielfalt zerstossener Partikel aufnehmen kann, die gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kugelig geformt werden sollen. Das Wirbelbett 150 hat ein Gehäuse

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152 aus reflektierendem, hitzebeständigen Material und ein im Inneren des Gehäuses angeordneten zylindrischen Behälter 153. Eine perforierte Bodenplatte 154 ist im Inneren des Behälters 153 in einem Abstand zu der Bodenwand des Gehäuses 152 angeordnet. Durch die Bodenwand erstreckt sich eine Einlass-Leitung 155, die mit einer Stickstoff-Leitung 60 (Fig. 1) oder mit einer anderen geeigneten Quelle erhitzten Inert-Gases verbunden ist. Die Leitung 155 führt Gas in den Raum zwischen der Bodenwand und der Platte 154 und durch die Perforation in der Platte, damit die zerstossenen Partikel in dem Behälter 153 in verwirbeltem Zustand und in inerter Atmosphäre gehalten werden. Der Behälter weist eine Leitung 156 auf, zum kontinuierlichen Abzug des inerten Gases aus dem Behälter, zur Wiederverwendung des Gases in dem System, wie oben beschrieben.

Eine Partikel-Einlassleitung 158 erstreckt sich durch die zylindrische Seitenwand des Behälters 153, und ein Brenner 160 ist ausserhalb an den Behälter grenzend vorgesehen. Der Abzug des Brenners kommuniziert mit dem Inneren des Behälters 153 über eine Leitung 161, der tangential mit dem unteren Teil des Behälters verbunden ist. Eine brennstoffreiche Flamme wird in dem Brenner 160 unterhalten zur Erzeugung von Russ als Russgehalt in den Abgasen des Brenners.

Gelangen die zerstossenen Partikel durch die Leitung 158 in den Behälter 153, werden sie durch das inerte Gas aus der Leitung 155 verwirbelt. Der aus der Abzugleitung 161 des Brenners ankommende Russ folgt einem Wirbel oder einem vertikalen Pfad, wenn er in den Behälter 153 gelangt, wo er einen dünnen, aber vollständigen Überzug über jedes Glaspartikel in dem Behälter legt. Die Brennerflamme wird so eingestellt, dass sie die oben diskutierte Menge an Russ einbringt.

Obwohl die Erfindung so illustriert und beschrieben wurde, mit ihrer besonderen Nützlichkeit in der Herstellung von Glaskugeln durch die Verwendung eines oder mehrerer Wirbelbetten, so können einzelne Merkmale der Erfindung in 5 anderen Typen von kugelbildenden Systemen verwendet werden. Beispielsweise kann die neue hier beschriebene Technik der Beschichtung und die Entfernung des Überzugs eine effizientere Wirkungsweise und ein erheblich verbessertes Produkt beim Einsatz in Systeme mit vertikalem Konus-10 Rohr ergeben, oder in Systemen mit rotierenden Öfen, bei der sogenannten Schwenktiegel-Technik oder der Herstellung von Kugeln mittels Sprühkondensationsturm. Weil die Beschichtung die Verformung oder das Zusammenkleben der Partikel in all diesen verschiedenen Systemen verhindert, 15 und weil der Überzug leicht ohne Waschen der Kugeln entfernbar ist, weist das entstandene Produkt extrem gute Gleichmässigkeit und einen viel höheren Gehalt an idealen Kugeln auf. Verschiedene andere Kugeln erzeugende oder behandelnde Systeme, mit denen die Erfindung angewandt 20 werden könnte, werden dem Fachmann bei genauer Durchsicht der vorstehenden Beschreibung aufscheinen.

Die verwendeten Bezeichnungen und Ausdrücke dienen nur als Mittel der Beschreibung, nicht aber als Einschränkung, und es steht nicht die Absicht hinter der Benutzung 25 dieser Bezeichnungen und Ausdrücke, irgendwelche Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder Teile davon auszuschliessen; man wird auch erkennen, dass zahlreiche Modifikationen im Rahmen der beanspruchten Erfindung möglich sind.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von Kugeln aus einer Vielzahl kleiner Partikel, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

(A) Eingabe einer Vielzahl der Partikel in ein erstes Wirbelbett;

(B) Einspeisen eines Fluidisierangsmediums in das erste Wirbelbett, um die Partikel schwebend zu halten und dabei zu fluidisieren;

(C) Aufheizen der Partikel auf eine ausreichend hohe Temperatur, damit sich die in dem ersten Wirbelbett befindlichen, fluidisierten Partikel wegen ihrer Oberflächenspannung kugelig formen; und

(D) Abkühlen der kugelförmigen Partikel in fluidisiertem Zustand während einer ausreichend langen Zeit, damit sich diese verfestigen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidisierungsmedium ein Gas ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirbelgas kontinuierlich aus dem Wirbelbett abgezogen und im Recycling diesem wieder zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel nach dem Aufheizen und Formen (C) in einem zusätzlichen Schritt (E) in ein zweites Wirbelbett transferiert werden, worin das Abkühlen und Verfestigen gemäss (D) durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel vor dem Schritt (A) in einem zusätzlichen Schritt (F) mit einem Schutzüberzug versehen werden, und dass dieser Schutzüberzug nach Durchführung des Schrittes (D) in einem weiteren Schritt (G) entfernt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der in Schritt (F) auf die Partikel gebrachte Schutzüberzug aus einem oxidierbaren Material besteht, und dass das Entfernen des Schutzüberzuges gemäss Schritt (G) durch Oxidieren dieses Materials in einer oxidierenden Atmosphäre erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des den Partikeln zugefügten Überzugsmaterials im Bereich von etwa 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel aus Glas bestehen.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Überzugsmaterial Russ enthält.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Überzugsmaterial den Partikeln beigefügt und durch Rommein mit diesen vermischt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel in Schritt (F) zwecks Anbringung des Schutzüberzuges mit den Verbrennungsgasen einer brennstoffreichen Flamme in Berührung gebracht werden.
12. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidisierungsmedium ein inertes Gas ist, dass die Partikel vor dem Schritt (A) in einem Schritt (F') mit einem oxidierbaren Schutzüberzug versehen werden, und dass dieser Schutzüberzug nach Durchführung des Schrittes (D) in einem weiteren Schritt (G) entfernt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel aus Glas bestehen, dass in dem ersten Wirbelbett eine inerte Atmosphäre herrscht, dass die Glaspartikel vor der Eingabe (A) in das erste Wirbelbett in einem Schritt (F') mit einem oxidierbaren, haftenden Schutzüberzug beschichtet werden, dass die Partikel nach Durchführung des Schrittes (D) in einem weiteren Schritt (E') in ein zweites Wirbelbett mit oxidierender Atmosphäre transferiert werden, worin die Partikel während einer ausreichend langen Zeit im Schwebezustand gehalten werden, damit ihr Schutzüberzug oxidiert und vollständig entfernt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das oxidierende, haftende Überzugsmaterial Russ enthält.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch ge-

5 kennzeichnet, dass die kugelförmigen Partikel nach Durchführung des Schrittes (E') in einem zusätzlichen Schritt (H) zwecks weiterer Abkühlung in ein drittes Wirbelbett transferiert werden.
16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach 10 Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

- ein erstes Wirbelbett (15) zur Aufnahme einer Vielzahl der kleinen Partikel;

- Mittel zur Einführung (53, 54, 55, 56) eines Gases als Fluidisierungsmedium in das erste Wirbelbett (15);

15 Mittel zum Aufheizen (67, 69, 70) der in dem ersten Wirbelbett (15) befindlichen Partikel auf eine Temperatur, die zur Umformung der Partikel in Kugeln unter dem Einfluss der Oberflächenspannung ausreicht; und

- Mittel zum anschliessenden Abkühlen (105) der kuge-20 lig geformten Partikel in fluidisiertem Zustand, zwecks Verfestigung der Kugeln.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch zusätzliche

- Mittel zum Beschichten (10) einer Vielzahl der Partikel 25 mit einem oxidierbaren Schutzüberzug; und

- Mittel zum vollständigen Entfernen (110) des Schutzüberzuges von den kugelförmigen Partikeln.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch zusätzliche Mittel zum Abzug (80) des Fluidisierungs-

30gases aus dem ersten Wirbelbett (15) und Mittel zu dessen Rückführung (84, 87, 65, 90, 95, 99, 100, 102) in das erste Wirbelbett.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Verarbeitung von Partikeln aus Glas

35 geeignet ist, dass die Mittel zum Entfernen des Schutzüberzuges aus einem zweiten Wirbelbett (110) mit oxidierender Atmosphäre bestehen, und dass zusätzliche Mittel zum Transferieren (107) der kugelig geformten Partikel aus den Kühlmitteln (105) des ersten Wirbelbettes (15) in das zweite 40 Wirbelbett (110) vorgesehen sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Beschichten der Partikel aus einem Tumbler (10) bestehen, dass nach dem zweiten Wirbelbett (110) zusätzlich ein drittes Wirbelbett (130) zum weite-

45 ren Abkühlen der kugelförmigen Partikel in fluidisiertem Zustand angeordnet ist, und dass Mittel zum Transferieren (128) der Partikel aus dem zweiten Wirbelbett (110) in das dritte Wirbelbett (130) vorgesehen sind.
21. Kugeln, hergestellt gemäss Verfahren nach Anspruch 1.
22. Kugeln nach Anspruch 21, hergestellt gemäss Verfahren nach Anspruch 6.
23. Kugeln nach Anspruch 21, hergestellt gemäss Verfahren nach Anspruch 15.

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