DE2752203A1

DE2752203A1 - Verfahren zum abschrecken erwaermter gegenstaende

Info

Publication number: DE2752203A1
Application number: DE19772752203
Authority: DE
Inventors: Helmut Franz
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1976-11-26
Filing date: 1977-11-23
Publication date: 1978-06-01
Also published as: BE861209A; MX149316A; BR7707813A; FR2372123A1; US4066430A; DE2752203C2; JPS53149869A; IT1091504B; JPS6033772B2; GB1537639A

Description

Unsere Nr. 21 428 F/La

PPG Industries, Inc. Pittsburgh, Pa., V.St.A.

Verfahren zum Abschrecken erwärmter Gegenstände

Vorliegende Erfindung betrifft die Technik des Abschreckens, d.h. den Wärmeentzug aus Gegenständen, üblicherweise mit einer hohen Geschwindigkeit, um deren physikalische Eigenschaften zu verändern oder einfach um diese abzukühlen. Wenn auch nicht ausschließlich, so sind doch die Glas- und Metallindustrie die Hauptanwender von Abschreckverfahren. Bei Glas wird das Abschrecken beim Tempern angewandt, um ein erwärmtes Glasstück schnell abzukühlen, so daß die Bildung einer unter Kompressionsspannung stehenden Oberflächenschicht, welche das Glas verstärkt, hervorgerufen wird. Metalle werden abgeschreckt, um ihre Kristallstrukturen umzuordnen und dadurch eine Härtung herbeizuführen. Eine andere Anwendung des Abschreckens dient zu einer schnellen Verfestigung von thermoplastischen Gegenständen unmittelbar nach Formgebung, so daß sie gut gehandhabt werden können. Ein Beispiel für letztere Anwendung ist auch das Auffangen von herabfallenden Tröpfchen aus geschmolzenem Material, v/ie z.B. aus Glas, Metall, Kunststoff oder bituminösen Materialien.

Bislang wurde ein Abschrecken mit einer großen Vielzahl von Fluiden, meistens mit Wasser, Luft oder ölen,durchgeführt. Beispiele für seltenere Abschreckungsmedien sind sich verflüchtigende Teilchen (wie z.B. festem CO_(vgl. US-PS 3 764 403) sowie Ströme aus Kunststoffteilchen (vgl. US-PS 3 423 198). Bei den meisten Abschreckungszwecken ist

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es erwünscht, daß das Abschreckungsfluid eine auf das Höchstmaß gebrachte Geschwindigkeit des Wärmeübergangs von dem abzuschreckenden Gegenstand ermöglicht; es ist jedoch gewöhnlich aber auch wichtig, daß die Abkühlung so gleichmäßig wie möglich eintritt, um die Ausbildung von unausgeglichenen Spannungen in dem Gegenstand zu vermeiden, welche diesen schwächen oder sogar zum Bruch bringen können. V/asser besitzt die Fähigkeit, sehr schnelle Abkühlungsgeschwindigkeiten herbeizuführen, jedoch verursachen Siedephänomene an der Oberfläche, die ein Abschrecken mit Wasser begleiten, abrupte, lokalisierte Veränderungen in der Wärmeübergangsgeschwindigkeit, die zu unausgewogenen Spannungsbedingungen im Gegenstand und bisweilen zum Bruch führen. Infolgedessen ist für viele Materialien, welche derartigen Spannungen nicht widerstehen könne rl/³TkI^n geeignetes Abschreckmedium. Um einen gleichmäßigeren Wärmeübergang zu erhalten, wurde schon von viskosen Flüssigkeiten, wie z.B. Ölen, Gebrauch gemacht, wobei man eine gewisse Verminderung der Geschwindigkeit des Wärmeübergangs in Kauf nahm. Jedoch ist vielleicht der größte Nachteil von ölen und ähnlichen Flüssigkeiten als Abschreckmedien die Notwendigkeit eines nachfolgenden Waschens der Gegenstände, um die Abschreckflüssigkeit von deren Oberflächen zu entfernen. Luft weist einen verhältnismäßig niederen Wärmeübergangskoeffizienten auf und erfordert infolgedessen in der Regel hohe Geschwindigkeiten, wenn sie als Abschreckmedium brauchbar sein soll. Luftströme mit einer derart hohen Geschwindigkeit sind nur schwierig gleichmäßig auf einen Gegenstand aufzubringen, und sogar bei den höchsten praktischen Luftgeschwindigkeiten sind die erhaltenen Wärmeübergangsgeschwindigkeiten selten so hoch wie diejenigen, welche mit Flüssigkeiten erhalten werden, und beträchtlich geringer als diejenigen, welche mit Wasser erhalten werden, überdies können bisweilen die durch Luftströme hoher Geschwindigkeit verursachten Erschütterungen eine Deformierung des thermisch weich^gemachten Glases hervorrufen.

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Es wurden bereits zahlreiche Vorschläge zur Verwendung feinteiliger Materialien, welche in Luft mitgeschleppt _eemacnt oder durch Luft als Wärmeübergangsmedium fluidisiert sind, / Die vorgeschlagenen feinteiligen Materialien umfaßten feinverteiltes Aluminium- oder Siliciumoxid, feinen Sand, Metallpulver, Graphitpulver sowie Kunststoffteilchen (vgl. US-PS 3 Ί23 198). Während derartige Materialien sich zur Verbesserung der Wärmeübergangsgeschwindigkeit von Luft allein geeignet erwiesen, führen sie jedoch im allgemeinen nicht zu so hohen Geschwindigkeiten wie Flüssigkeiten. Ferner kann der Aufprall von festen Aggregaten auf die Oberflächen der abzuschreckenden Gegenstände bei manchen Gegenständen, insbesondere Glas, Mängel hervorrufen. Ferner kann die Adhäsion von Pulvermaterialien an den abzuschreckenden Gegenständen bisweilen ein Problem darstellen. Dieses Anhaften wurde bewußt zur Beschichtung fallender Tröpfchen mit Fließbetten aus Beschichtungsmaterialien ausgenutzt (vgl. US-PSn 3 070 837, 3 202 731 und 3 791 987).

In der US-PS 3 764 403 ist ein Abschreckverfahren offenbart, bei dem Feststoffteilchen verwendet werden, wobei ein eine Deformierung verursachender Aufprall vermieden wird. Dies wird dadurch erreicht, daß man Teilchen verwendet, welche sich verflüchtigende Feststoffe sind, wie z.B. festes Kohlendioxid, die sich wie Feststoffe verhalten, indem sie den Wärmeübergang durch die Gasgrenzschicht an der Oberfläche des abzuschreckenden Gegenstandes verbessern, die jedoch sich, wenn sie sich der heißen Oberfläche des Gegenstandes selbst nähern, augenblicklich in den gasförmigen Zustand verflüchtigen, wodurch eine Aufprallwirkung abgeschwächt wird. Ein derartiges Verfahren ist hinsichtlich seiner Annehmbarkeit durch die hohen Kosten der verflüchtigbaren Teilchen, welche als Gase entweichen, begrenzt. Infolgedessen besteht ein starkes Bedürfnis für ein feinteiliges Abschreckmedium mit weichem Aufprall, welches möglichst im Umlauf geführt werden kann.

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Das beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Abschreckmedium ist eine fluidisierte Dispersion von Wasser in hydrophobem kolloidalem Siliciumdioxid. Hydrophobes kolloidales Siliciumdioxid ist ein im Handel erhältliches Produkt, welches für die verschiedensten Anwendungen herangezogen wird, wie z.B. als Mittel zum Verhindern des Zusammenbackens von körnigen Materialien , als wasserabweisender Zusatz für Farben und Dichtungsmassen sowie als Verstärkungsmittel bei Polymeren. Die Bildung einer Dispersion von Wasser in hydrophobem kolloidalem Siliciumdioxid ist in der US-PS 3 393 155 beschrieben, wobei jedoch dort als Anwendbarkeit derartiger Dispersionen lediglich eine solche als feuerlöschende Mittel, zur Behandlung von Papier und Textilien sowie zur Verwendung in Kautschuken oder Kunststoffen oder Polymerdispersionen angegeben ist. In der US-PS 3 710 510 wurde offenbart, daß Dispersionen von V/asser in hydrophobem kolloidalem Siliciumdioxid zur

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Keimung von Saatgut verwendet werden könrv Derartige bekannte Dispersionen schließen zwangsläufig wesentliche Luftmengen ein; sie liegen zwar in einem fluidähnlichen Zustand vor, jedoch nicht in einem Zustand einer dynamischen Pluidisierung, intern sie beim vorliegenden Verfahren Anwendung finden. Darüberhinaus wurde bisher nicht erkannt, daß derartige Dispersionen, wenn sie in fluidisiertem Zustand vorliegen, als Abschreckmedien verwendet werden können.

Vorliegender Erfindung liegt die Entdeckung zugrunde, daß eine fluidisierte Dispersion von Wasser in hydrophobem kolloidalem Siliciumdioxid bemerkenswerte Eigenschaften als Abschreckmedium besitzt. Der Hauptgewichtsteil einer derartigen Dispersion ist Wasser, und zwar soviel wie etwa 96 Gew.-?, und deshalb kann die Dispersion Wärmeübergangsgeschwindigkeiten, welche diejenigen von Wasser erreichen, aufweisen. Jedoch werden, weil die Dispersion all'die äußerlichen Erscheinungen eines flockigen, trockenen Pulvers zeigt, die Probleme eines Siedens an der Oberfläche ver-

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mieden. Die Dispersion wird aus winzigen Wassertröpfchen (mit einem Durchmesser von größenordnungsmäßig etwa 20 Mikron) gebildet, welche mit Teilchen aus hydrophob modifiziertem Siliciumdioxid submikroskopischer Größe bedeckt sind, wodurch zwischen benachbarten Wassertröpfchen eine gegenseitige Abstoßung bewirkt wird. Diese dispergierten Tröpfchen scheinen sich wie Feststoffteilchen zu verhalten, indem sie/die Grenzschichten stagnierenden Fluids an den Oberflächen der abzuschreckenden Gegenstände eindringen; aber sie besitzen, weil diese dispergierten Einheiten die Größenordnung von Kolloiden aufweisen, eine sehr geringe Masse, weshalb durch eine Beaufschlagung verursachte Mängel, welche bei anderen Systemen suspendierter feiner Teilchen auftreten, vermieden werden, überdies eignet sich das beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Abschreckmedium gut für Umlaufsysterne, so daß lediglich die Notwendigkeit besteht, geringe Wassermengen, welche durch Verdampfen verloren gegangen sein können,wieder zu ersetzen.

Um die Vorteile der Erfindung zu erreichen, muß eine Dispersion von hydrophilem kolloidalem Siliciumdioxid fluidisiert werden, d.h.sie muß einer mechanischen Bewegung unterworfen werden. Eine Bewegung kann auf vielen Wegen erreicht werden, wie z.B. durch Schütteln, Pumpen, Sprühen oder durch ein kaskadenförmigesFallen (cascading). Je mehr kinetische Energie der Dispersion verliehen wird, desto größer ist die Geschwindigkeit des Wärmeübergangs. Statische Betten der Dispersion zeigten Wärmeübergangskoeffizienten, welche nur geringfügig besser als diejenigen von ruhender Luft waren. Eine schwache Bewegung, wie sie z.B. in einem Fließbett vorliegt, erhöht den Wärmeübergangskoeffizienten auf einen Wert, welcher annähernd demjenigen eines typischen Abschrecköls äquivalent ist. Das Pumpen eines fluidisiert en, freiif allenden Stroms der Dispersion auf eine Oberfläche kann zu einem Wärmeübergangskoeffizienten führen, welcher demjenigen einer Abschreckung mit Wasser nahekommt.

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Pig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, teilweise im Aufriß, eines Abschreckungsfließbettes zum Auffangen frei fallender Tröpfchen aus einem geschmoleenen Material.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer Modifikation der Anordnung gemäß Fig. 1, bei der ein Abschreckgefäß mit einem Kühlmantel verwendet wird.

Fig. 3 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines fluidisierten Abschrecksystems für Blech- und Scheibenmaterialien, wie z.B. Glasscheiben, wobei diese durch Zangen vertikal gehaltert sind.

Fig. 4 ist eine Längsschnittansicht einer fluidisierten Abschreckanordnung für ein kontinuierliches Abschrecken von scheibenförmigen Materialien, welche auf einer Walzentransportvorrichtung getragen werden.

Fig. 5 ist eine Längsschnittsansicht durch eine Gebläseabschreckvorrichtung, in der scheibenförmige Materialien abgeschreckt werden, während sie von einer gasförmigen Stütze getragen werden.

Kolloidales Siliciumdioxid (auch bekannt als Kieselsäureaerogel oder pyrogene Kieselsäure) ist ein hydrophiles Pulver, welches typischerweise durch Flammhydrolyse einer Silikonverbindung hergestellt wird (vgl. US-PS 2 990 249). Um die Siliciumdioxidteilchen hydrophob zu machen, wird das Siliciumdioxid bekanntlich mit Kohlenwasserstoffgruppen enthaltenden Verbindungen (vorzugsweise mit einem Organosilan) umgesetzt, so daß Hydroxylgruppen an der Oberfläche der Siliciumdioxidteilchen durch die kohlenwasserstoffhaltigen Verbindungen ersetzt werden. Ein Beispiel einer derartigen Umsetzung ist in der US-PS 2 993 809 zu finden. Hydrophobes kolloidales Siliciumdioxid ist in Handel erhältlich, und zwar als "Silanox 101" der Firma Cabot Corpoartion, Boston, Mass., "Tullanox 500" der Firma Tulco, Inc., North Billerica, Mass., und "Aerosil R-972" der Firma Degussa, Frankfurt.

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Die Herstellung einer Dispersion von Wasser in hydrophobem kolloidalem Siliciumdioxid ist in der US-PS 3 393 155, auf welche verwiesen wird, offenbart. Das dort benutzte Verfahren besteht in einem heftigem Schütteln von Wasser und hydrophobem Siliciumdioxid in einem verschlossenen Behälter; jedoch besteht das im vorliegenden bevorzugte Verfahren in der Anwendung einer Mischvorrichtung während etwa 5 bis 10 Sekunden. Die verwendete Mischvorrichtung hat eine Schaufelgeschwindigkeit von 18 000 bis 21 000 UpM. Im allgemeinen wird die Dispersion bewirkt, wenn Wasser in kleine Tröpfchen (schätzungsweise in der Größenordnung von etwa 20 Mikron) aufgeteilt wird, indem man hohe Scherkräfte anwendet. Die Siliciumdioxidteilchen umgeben die Tröpfchen, und ihre hydrophobe Eigenschaft verhindert eine Wiedervereinigung der Wassertröpfchen. Das Ergebnis ist eine weiße, frei fließende, pulverartige Dispersion, welche sich trocken anfühlt und auch so aussieht, obwohl sie hauptsächlich aus Wasser besteht. Das bevorzugte Verhältnis von Wasser zu Siliciumdioxid kann von einem speziellen hydrophoben Siliciumdioxidprodukt zum anderen leicht schwanken; im Falle von Silanox 101 (ein mit Trimethylsilan behandeltes Siliciumdioxid) erwiesen sich Dispersionen mit einem Gehalt an Ί Gew.-% Siliciumdioxid und 96 Gew.-Ϊ Wasser als diejenigen, welche die Minimalmenge an Siliciumdioxid zur Aufrechterhaltung einer stabilen Disnersion enthielten. Eine bevorzugte Zusammensetzung umfaßt 5 Gew.-J Siliciumdioxid und 95 Gew.-Jt Wasser. Gute Dispersionen wurden mit 10 Gew.-ί Siliciumdioxid erhalten, und es könnten auch noch größere Mengen angewandt werden, jedoch besteht für die Verwendung von mehr Siliciumdioxid als die zur Herbeiführung einer guten Dispersion erforderliche Minimalmenge in der Regel keine Rechtfertigung, überdies würde ein großer Überschuß an Siliciumdioxid aus der Dispersion als Staub verlorengehen, wenn die Dispersion fluidisiert wird. Der Dispergierungseffekt verschiedener Mengen an hydrophobem Siliciumdioxid

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kann der nachfolgenden Tabelle I entnommen werden, wo die ermittelten Dichten der verschiedenen Dispersionen auf den Dispersionsgrad schließen lassen (je größer die Abstoßung zwischen dispergierten Tröpfchen, desto niedriger ist die Dichte).

	Tabelle I	Dichte
Hydrophobes,	kolloidales V/asser	(g/cm³)
SiO₂ ⁺ (Gew.-5	I) (Gew.-%)	1,00
0	100	0,61
3	97	0,56
4	96	0,50
5	95	0,41
6	94	0,31
7	93	0,26
8	92	0,23
9	90	0,23
10	90	0,21
13	87	0,20
15	85	0,048
100	0

⁺ Handelsprodukt "Silanox 101"

Eine richtig gebildete Dispersion von Wasser in hydrophobem kolloidalem Siliciumdioxid kann mehrere Monate stabil bleiben, ohne daß man weiter bewegen muß, obgleich etwas Wasserverlust durch Verdampfen auftreten kann.

Das Fluidisieren der Wasser-in-Siliciumdioxid-Dispersion erfordert ein kontinuierliches Bewegen der Dispersion, so daß jedes der dispergierten Tröpfchen in einem fließfähigen

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lcäPTi Bewegungszustand gehalten wird. Ein Fluidisieren/durch eine Anzahl von Mitteln erreicht werden, wie z.B. durch mechanische Rührer, Luftströme und Schüttelvorrichtungen, jedoch ist das Pumpen des Fluids in einem Umlaufschema mittels einer Diaphragmapumpe oder einer beliebigen anderen Pumpe, welche für Feststpffdispersionen und Aufschlämmungen geeignet ist, bevorzugt. Die Dispersion umfaßt, wenn sie im Ruhezustand vorliegt, eine wesentliche Luftmenge; jedoch sind, wenn sie fluidisiert wird, die dispergierten Teilchen in konstanter Bewegung mit zusätzlichen Luftmengen suspendiert. Wenn man von einem statischen Zustand in den Fluidisierungszustand übergeht, kann ein Bett der Dispersion beobachtet werden, welches zumindest das doppelte Volumen aufgrund des Einschlusses zusätzlicher Luft aufweist. Wenn das fluidisierende Bewegen abgebrochen wird, setzt sich das Bett wieder ab, wobei es innerhalb weniger Sekunden sein ursprüngliches Volumen wieder annimmt, obwohl es noch eine Dispersion bleibt. Die Fluidisierung kann mit gewissem Vorteil bis zu dem Punkt, der bisweilen auftritt, erhöht werden, wo das Bewegen so heftig wird, daß sich in dem Bett Lufttaschen bilden. Dies' ist besonders für Luftströme als Fluidisierungsmittel charakteristisch. Weil derartige Lufttaschen das Fließbett inhomogen machen, wodurch der Wärmeübergang ungleichmäßig wird, sollte in einem derartigen Fall eine allzu heftige Fluidisierung bei den meisten Abschreckverfahren vermieden v/erden.

Die Wärmeübergangseigenschaften der fluidisierten Dispersion sind beträchtlich besser als diejenigen der statischen Dispersion; jedoch können sogar höhere Geschwindigkeiten des Wärmeübergangs erreicht werden, wenn die Dispersion mit einer von außen hervorgerufenen Strömung über die Wärmeübergangsoberfläche versehen wird. Obwohl höhere Geschwindigkeiten zu einem vermehrten Ansteigen des Wärmeübergangs führen, wurden mit mäßigen kaskadenartigen Miederdruckströmen der fluidiserten Dispersion außergewöhnliche Ergebnisse erhalten, welche mit den oftmals bei Luftabschreckung

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erforderlichen Hochdruck-Luftströmen vergleichbar sind, die jedoch zur Oberflächendeformierung der thermisch erwärmten Gegenstände führen können. In der folgenden Tabelle sind die Abschreckungsgeschwindigkeiten, vrelche mit Luft, öl, Wasser und der erfindungsgemäßen Wasser-SiOp-Dispersion erhalten wurden, in verschiedenen Bewegungszuständen miteinander verglichen. In jedem Beispiel war der abgeschreckte Gegenstand eine Stahlplatte mit den Abmessungen 5,08 χ 5,08 χ 0,635 cm. In jedem Fall bestand die Dispersion aus 95 Gew.-% Wasser und 5 Gew.-? Silanox 101. Im Beispiel 4 wurde die Dispersion durch ein am Boden des Fließbetts rotierendes Schaufelpaar fluidisiert, was nur zu einem geringen Mengenfluß (bulk flow) um die Platte führte. Im Beispiel 5 wurde die Dispersion fluidisiert, indem mit einer Diaphragmapumpe ein Strom im Umlauf gehalten wurde, wobei der Ausstoßstrom aus der Pumpe gegen die Oberflächen der Platte von gegenüberliegenden Seiten gerichtet wurde, um das Abschreckmedium kontinuierlich über die Plattenoberflächen fließen zu lassen.

Tabelle II

Beispiel	Abschreck	Temperatur-	Zeit	Durchschnittl
Nr.	medium	abfall	(Sek-)	Geschwindigk.
				des Tempera-
				turabfalls
1.	Luft (ruhig)	704 auf 382°C	90	3,58°C/Sek.
2.	H„O-SiO~-Disper-	701 auf 321⁰C	80	4,79°C/Sek.

sion (nicht fluidisiert)

Methylsilikon-Öl- 704 auf 266⁰C 38 ll,55°C/Sek. bad (ruhig)

HpO-SiOp-Dispersion (fluidisiert)

auf 127°C 50 ll,56°C/Sek.

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Beispiel

Tabelle II (Ports.)

Absehreck-

medium

Temperatur- Zeit Durchschn.

abfall (SekO Geschwindigkeit des
Temperaturabfalls

H₂O-SiO₂-Disper- 704 _auf 177°C sion (fluidisiert
und'if ließend)

18 29,32°C/Sek,

Wasserbad (ruhig) 701 _auf 199°C 6 84,26°C/Sek.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das vorgeschlagene Abschreckmedium zum Abkühlen und Auffangen fallender Tröpfchen aus geschmolzenem Material verwendet wird, wobei die Tröpfchen,bevor sie am Boden auftreffen, in ihrer Kugelform abgekühlt werden. Ein spezielles Verfahren, bei dem eine derartige Abschreckanordnung mit beträchtlichem Vorteil verwendet werden kann, ist die Herstellung von Glasperlen (vgl. US-PS 3 843 3¹IO). In einem Abschreckgefäß 10 mit offenem oberen Ende wird eine Menge an Abschreckmedium 11, welches aus einer fluidisierten Dispersion von Wasser in hydrophobem kolloidalem Siliciumdioxid besteht, gehalten, in welche ein Strom geschmolzener Tröpfchen 12 fällt. Zum Auffangen der Glasperlen erwies sich eine Fließbetthöhe von mindestens 10 bis 15 cm, jedoch weniger als 1,2 m, als wirksam. Es konnte kein Anhaften des Siliciumdioxids an den Perlen beobachtet werden. Das Abschreckmedium wurde mit einer Diaphragmapumpe 13 fluidisiert, welche das Medium vom oberen Teil des Fließbetts durch eine Auslaßleitung 14 abzog und es in der Nähe des Bodens des Abschreckgefäßes über eine Einlaßleitung 15 zurückführte. Um einen übermäßigen Wärmestau im Abschreckmedium zu vermeiden, welcher zur Wasserdampfbildung und

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einem Wasserverlust aus der Dispersion führen könnte, kann das Abschreckmedium durch einen Wärmeaustauscher, wie z.B. durch den mit dem wasser- oder luftgekühlten Hantel 16 versehenen (vgl. Fig. 1), geführt v/erden. Das Abschreckgefäß kann aber auch selbst mit einem Kühlmantel 17 versehen sein, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Bei einem kurzen diskontinuierlichen Betrieb kann ein Wärmeaustauscher nicht erforderlich werden, weil das Abschreckmedium eine wesentliche Wärmekapazität aufweist. Um Verluste an dem Abschreckmedium aus dem System, die gewöhnlich geringfügig sind)auszugleichen, ist, wie Fig. 1 zeigtiein Mischbehälter 20 vorgesehen, wo erforderlichenfalls zusätzliche Mengen an der Wasser-SiOp-Dispersion vermischt und periodisch zum System zugegeben werden können. Der Mischbehälter umfaßt eine Mischvorrichtung hoher Geschwindigkeit 21, eine Wasserzufuhr 22 und einen Fülltrichter 23 zur Lagerung und Abgabe einer Beschickung aus hydrophobem Siliciumdioxid. Die Ausgleichsdispersion kann in den im Umlauf geführten Hauptstrom durch öffnen des Ventils 2Ί in der Leitung 25 eingeführt werden. Ein einfaches halbkontinuierliches System zum Auffangen der Perlen wird in Fig. 1 gezeigt; es besteht aus einem Korb 26, welcher periodisch durch ein Paar Drahtseile 26 in die Höhe gezogen und danach entleert werden kann. Gewöhnlich entweicht durch das offene obere Ende des Abschreckgefäßes sehr wenig Dispersion; jedoch kann als vorbeugende Maßnahme eine Absaugvorrichtung in Nähe des oberen Endes des Gefäßes erwünscht sein, um alles herausgetragene Material abzusaugen.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung kann auch zur Abschreckung einer großen Anzahl kleiner Teilchen gleichzeitig verwendet werden, wobei die Teilchen zusammen in einem Gitter oder Korb, wie z.B. dem Korb 26,erhitzt werden, wonach der Korb in das fluidisierte Abschreckmedium in dem Abschreckgefäß 10 hineingesenkt wird. Weil das fluidisierte Abschreck-

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medium wie eine Flüssigkeit fließt, ist es fähig)mit allen Seiten eines^jeden eingebrachten Gegenstandes fast plötzlich in Berührung zu treten, wobei jedoch die Nachteile von flüssigen Abschreckmedien, wie z.B. ein Flüssigkeitsaustrag, ein Fleckigwerden und das Erfordernis eines nachfolgenden Waschens hinfällig werden.

Ein anderes Beispiel für ein Abschreckverfahren unter Verwendung des neuen Abschreckmediums ist in Fig. 3 dargestellt. Hier ist ein System zum Abschrecken von blech- oder scheibenförmigen Materialien dargestellt, wie z.B. für das Tempern von Glasscheiben, wobei die Scheiben erwärmt und sodann zur Abkühlung ihrer Oberflächen, bevor der Mittelteil sich abkühlt, schnell abgeschreckt werden. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird eine erwärmte Glasscheibe 30 an den Zangen 31 aufgehängt und in eine längliche Abschreckkamraer 32 abgesenkt, welche ein Fließbett aus dem Abschreckmedium 33 enthält. Die Fluidisierung wird durch Einpumpen des Abschreckmediums am Boden der Kammer mittels einer Einlaßleitung 3¹* erreicht, während das Medium durch das Leitungssystem 35 im oberen Teil der Kammer abgezogen wird. Die Strömung des Mediums kann aber aucn/ungekehrter Richtung vorgenommen werden, wobei das Abschreckmedium kaskadenartig über die Scheibe abwärts strömt und am Boden abgezogen wird. Das Umlaufsystem umfaßt eine Diaphragmapumpe 13, einen Wärmeaustauscher 16 und einen Mischbehälter 20 zum Ausgleich, wie zuvor im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1 beschrieben wurde. Ferner sind in Fig. 3 ein gegebenenfalls vorhandenes Paar von geschlitzten Absaugrohren um den oberen Teil der Abschreckkammer herum dargestellt, welches eventuell ausgetretenes Abschreckmedium sammelt. In manchen Fällen kann es erwünscht sein, eine Vielzahl von Einlaßleitungen an im Abstand voneinander befindlichen Stellen anzuordnen, um gleichmäßigere Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb der Abschreckkammer herbeizuführen. Wenn schnellere Strömungs-

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geschwindigkeiten erwünscht sind, kann das Abschreckmedium aus einer großen Anzahl von beabstandeten Düsen auf die Glasscheibe beaufschlagt werden, welche sich senkrecht zu den Hauptflächen der Scheibe erstrecken. Ein anderes Alternativverfahren zum Aufbringen des Abschreckmediums ist das Einbringen der Scheibe in die noch leere Abschreckkammer, wonach diese mit dem Abschreckmedium aus einem Vorratsbehälter plötzlich geflutet wird. Ein derartiges Verfahren kann die Gleichförmigkeit der Abschreckung verbessern.

Fig. 4 zeigt wiederum eine andere Art, auf die das Abschreckmedium verwendet werden kann. Gegenstände, wie z.B. eine Glasscheibe 40 oder ein kontinuierliches Metallband, können in horizontaler Lage auf einer Walzentransportvorrichtung 4l in einen flachen, länglichen Abschrecktank 42 gefördert v/erden. Die Fördervorrichtung hängt unter das Niveau eines Bettes aus dem fluidisierten Abschreckmedium 43 innerhalb des Behälters 42 durch, so daß Gegenstände, wenn sie eingetaucht sind, kontinuierlich durch das Abschreckmedium hindurch^geführt und sodann aus diesem entfernt werden können. Das Fluidisierungsumlaufsystem ist im wesentlichen das weiter oben beschriebene; es umfaßt eine Einlaßleitung 44, eine Auslaßleitung 45, einen Wärmeaustauscher 16, einen Ausgleichsbehälter 20 sowie eine Diaphragmapumpe 13 ·

Das Verfahren zum thermischen Tempern von Glasscheiben, bei dem die Scheiben auf einer Gasschicht getragen werden, wenn sie transportiert und behandelt werden, ist wohlbekannt; Beispiele hierfür sind in den US-PSn 3 223 501 und 3 332 zu finden. Ein derartiges System kann an die vorliegende Erfindung angepaßt werden, indem man die gewöhnlich verwendete Luft in der Abschreckzone durch die fluidisierte HpO-Si0₂~Dispersion als Träger- und Abkühlungsfluid ersetzt.

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Eine schematische Darstellung eines Teils eines derartigen Systems zeigt Fig. 5. Eine Glasscheibe 50 wird längs zwischen einer Vielzahl von einander gegenüberliegenden oberen und unteren Abschreckungsdüsen 51 durchgeführt, welche in Form von sich quer erstreckenden Schlitzen vorliegen. Das Abschreckungsmedium wird durch eine Reihe von Zuführungsleitungen 52 in eine entsprechende Anzahl von Kammern (plenums) 53 gepumpt, von denen jede ihrerseits mit einer Gruppe der Schlitzdüsen 51 in Verbindung steht. Das Abschreckmedium tritt aus den Düsen, fließt über d Glasoberflächen und entweicht in die Räume zwischen benachbarten Düsen. Die Abschreckungszone ist mit einer Verkleidung 55 versehen, so daß das austretende Abschreckmedium gesammelt und über Absaugleitungen, wie z.B. ein Rohrpaar 56, rückgeführt werden kann. Da die Geschwindigkeit des Wärmeübergangs beträchtlich höher als im Falle von Luft ist, braucht das beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Abschreckmedium nicht unter dem hohen Druck und der hohen Geschwindigkeit angewandt werden, welche im Falle des Abschreckens mit Luft oftmals erforderlich sind. Vielmehr kann das Abschreckmedium lediglich mit einem Druck zugeführt werden, welcher ausreicht, die Scheiben zu tragen und eine mäßig zirkulierende^ wolkenartige Atmosphäre des Abschreckmediums innerhalb der Verkleidung 55 aufrechtzuerhalten. Es sollten Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um ein Entweichen des Abschreckmediums bei den Eintritts- und Austrittsöffnungen an der Verkleidung 55 zu verhüten. Ein Mittel zur Verhütung eines derartigen Ertweichans ist in Fig. 5 gezeigt, wo ein Düsenpaar 57 in Nähe des Eintritts nach innen abgewinkelt ist, um das Abschreckmedium von der Nachbarschaft des Eintritts abzulenken. Es können weitere Vorrichtungen, wie z.B. ein Paar von Absaugschlitzen 58, in Nähe der öffnungen vorgesehen werden, um eventuell ausgetretenes Abschreckmedium abzusaugen.

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Claims

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Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abschrecken von erwärmten Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß man diese mit einer fluidisierten Dispersion von Wasser in hydrophobem kolloidalem Siliciumdioxid in Berührung bringt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Dispersion verwendet, welche ein Gewichtsverhältnis von Wasser zu Siliciumdioxid von etwa 90 bis 96 % Wasser zu etwa 4 bis 10 % hydrophoben kolloidalen Siliciumdioxids aufweist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dispersion von Wasser in dem hydrophoben kolloidalen Siliciumdioxid als ein Fließbett innerhalb eines Gefäßes mit offenem oberen Ende aufrechterhält und daß man die abzuschreckenden Gegenstände in das Fließbett eintaucht.

Ί. Verfahren gemäß Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß man Tröpfchen aus einem thermisch erweichten Material in freiem Fall in das Fließbett einbringt.

5. Verfahren gemäß Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß die Tröpfchen aus geschmolzenem Glas bestehen.

6. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abzuschreckenden Gegenstände durch Stützvorrichtungen getragen werden, welche in das Fließbett abgesenkt werden.

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ORIGINAL INSPECTED

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7· Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Blech oder eine Scheibe als Gegenstand, welche mit Zangen als Stützvorrichtung ergriffen sind, in das Fließbett absenkt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe aus Glas besteht, und daß man diese zwecks Temperns abschreckt.

9. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine durch eine Stützvorrichtung getragene Vielzahl von Gegenständen gleichzeitig in das Fließbett absenkt.

10. Verfahren gemäß Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß man die abzuschreckenden Gegenstände auf einer Fördervorrichtung in das Fließbett einbringt, welche eine kontinuierliche Bahn in das Fließbett und aus diesem heraus beschreibt.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fördervorrichtung eine Walzentransportvorrichtung verwendet, durch welche scheibenförmiges Material kontinuierlich in das Fließbett und aus diesem heraus gefördert wird.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Walzentransportvorrichtung geförderte scheibenförmige Material eine kontinuierliche flexible Scheibe ist.

13. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die V/alzentransportvorrichtung geförderte scheibenförmige Material eine Vielzahl einzelner Scheiben ist.

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I¹I. Verfahren gemäß Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß man den fluidisierten Zustand der Dispersion von V/asser in dem hydrophoben kolloidalen Siliciumdioxid durch Umpumpen der Dispersion in einem umlaufenden Strömungsschema aufrechterhält.

15. Verfahren gemäß Anspruch 1*1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dispersion in das Gefäß an dessen Bodenzone einpumpt und an einer oberen Zone des Gefäßes abzieht.

16. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man aus der Dispersion Wärme entzieht, indem man diese durch einen außerhalb des Gefäßes gelegenen Wärmeaustauscher führt.

17. Verfahren gemäß Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem Fließbett durch einen Wärmeaustauscher Wärme entzieht.

18. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man den Wärmeaustausch mittels eines Kühlmantels an dem Gefäß vornimmt.

19. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die fluidisierte Dispersion mit einem Mengenstrom über die Oberflächen des abzuschreckenden Gegenstandes versehen ist.

20. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die fluidisierte Dispersion von Wasser in hydrophobem kolloidalem Siliciumdioxid auf die Oberfläche des abzuschreckenden Gegenstandes durch eine Vielzahl von Düsen beaufschlagt.

G09822/0771

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21. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der abzuschreckende Gegenstand eine Glasscheibe ist, und daß man diese im Abstand von den unter der Scheibe liegenden Düsen durch den Druck der Fluidströme, Vielehe aus diesen Düsen austreten, abstützt.

809822/0771