DE3320722A1

DE3320722A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von rundlichen glaskoerperchen

Info

Publication number: DE3320722A1
Application number: DE19833320722
Authority: DE
Inventors: Hubert 6080 Montignies-sur-Sambre Neusy
Original assignee: Glaverbel Belgium SA
Current assignee: AGC Glass Europe SA
Priority date: 1982-06-08
Filing date: 1983-06-08
Publication date: 1983-12-08
Anticipated expiration: 2003-06-09
Also published as: ATA201783A; GB2121782B; JPS593025A; SE458201B; US4487620A; DE3320722C2; NO832059L; ES523353A0; ES523352A0; FR2528031B1; GB2121782A; FR2528031A1; JPH0364457B2; NL8302040A; ES8404295A1; NO158938C; NO158938B; SE8303127D0; BE896910A; AT388546B

Description

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Die Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen angegebenen Gegenstand.

Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Glaskörperchen bekannt, z.B. aus der FR-PS 1 161 3 96. Gemäß dieser PS wird Luft, in welcher perlbildende Partikel eingeschlossen sind, in eine Verbrennungskammer eingespeist über einen Brennerkopf längs einer Leitung, die von zwei weiteren konzentrischen Leitungen umgeben ist, von denen jede ein Gemisch aus brennbarem Gas und Luft führt. Um das Vermischen des die Partikel einschließenden Luftstroms und der Gas/Luft-Ströme zu fördern, ist diejenige Leitung, welche die innere Zuleitung unmittelbar umgibt, so ausgestaltet, daß das sie durchströmende Gas/ Luft-Gemisch bei dessen Austritt am Brennerkopf zu einer Durchwirbelung veranlaßt wird. Es zeigte sich jedoch, daß das Vermischen in der Brennerkammer nicht effektiv ist und daß die perlbildenden Partikel noch dazu tendieren, in einem zentralen Luftstrom, der von einem brennbaren Gasgemisch umgeben ist, mitgeführt zu werden, was zur Folge hat, daß beim Entzünden des Gases die äußeren Partikel die inneren Partikel von der erzeugten Hitze abzuschirmen pflegen und die Ausbeute an gut ausgebildeten Körperchen zu wünschen übrig läßt.

Gemäß vorliegender Erfindung wird ein wirkungsvolleres Verfahren zur Herstellung rundlicher Glaskörperchen an-

gegeben, das die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird jedes einzelne Partikel des perlbildenden Materials von der Flamme umgeben, so daß keines der Partikel durch andere abgeschirmt wird und demzufolge alle Partikel praktisch dem gleichen Erhitzungsschema unterworfen werden. Da die Körperchen in analoger Weise behandelt werden, wird die Gleichförmigkeit der Produkt quälität verbessert. Ferner werden die Körperchen rascher erhitzt. Ein rasches Erhitzen wird deshalb erzielt, weil das verbrennungserregende und das brennbare Gas innig vermischt werden, so daß die erzeugte Flamme härter und heißer ist.

Wegen der härteren und heißeren Flamme und dem daraus resultierenden rascheren Erhitzen ist es möglich, Körperchen guter Qualität in kürzerer Zeit, d.h. mit kürzerer Flamme, zu erhalten. Die Verweilzeit der Partikel in der Flamme kann weniger als eine halbe Sekunde betragen, z.B. 0,1 bis 0,2 s. Die Anwendung einer kürzeren Flamme ermöglicht die Verminderung der Verbrennungskammerdimensionen. Da die Flamme härter und heißer ist, ist es ferner möglich, die spezifische Menge an brennbarem Gas, die für eine bestimmte Menge an verarbeitetem perlbildendem Material angewandt wird, zu vermindern.

Luft kann als Verbrennungserreger eingesetzt werden und sie wird in der Regel in größerem Volumen als das brennbare Gas angewandt. Es wird daher bevorzugt, daß die erste Komponente des Gasgemisches, in der die perlbildenden Partikel eingeschlossen sind, aus Luft besteht.

Vorzugsweise handelt es sich bei den Kräften, welche ein inniges Vermischen der Gaskomponenten bewirken, um Kräfte, die eine Durchwirbelung des Gasgemisches verursachen. Dies stellt eine sehr einfache Methode zur Er-

zielung des turbulenten Flusses, der zur Bewirkung des innigen Vermischens der Gaskomponenten erforderlich ist, dar ,

In vorteilhafter Weise wird die erste Gaskomponente einer Richtungsänderung in der Zone unterworfen, wo die zweite Gaskomponente durch die öffnung oder öffnungen gedrückt wird. Das Gasgemisch kann dadurch zur Wirbelbildung aufgrund der geometrischen Ausgestaltung der verwendeten Vorrichtung veranlaßt werden.

Gemäß der meist bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird diese Richtungsänderung durch ein Spiralgehäuse oder eine Schnecke bewirkt, durch welche die erste Gaskomponente in ein zum Brennerkopf führendes Brennerrohr strömt. Es zeigte sich, daß dies zur Förderung eines innigen Vermischens der Gaskomponenten äußerst hilfreich ist. Aus ähnlichen Gründen wird es bevorzugt, die zweite Gaskomponente in das erste Spiralgehäuse über ein dieses umgebendes zweites Spiralgehäuse zu drücken. Vorzugsweise sind diese beiden Spiralgehäuse einander entgegengesetzt gerichtet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zumindestens eine der Komponenten des brennbaren Gasgemisches mit einem Gasmaterial versetzt, das beim Verbrennen des Gemisches die Wärmeübertragung von der entstehenden Flamme zu den perlbildenden Partikeln fördert. Beispiele für ein besonders bevorzugtes derartiges Gasmaterial sind Wasserdampf und Kohlendioxid. Die Verwendung eines derartigenGasmaterials fördert die wirksame Bildung rundlicher Glaskörperchen. Ein derartiges Gasmaterial kann z.B. bis zu 20% der die Teilchen umschließenden Gaskomponente ausmachen. 35

Ι Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht das Risiko, daß ein kleiner Teil der Partikel aus perlbildendem Material aus der entstandenen harten Flamme entweichen kann, bevor die Teilchen ausreichend erhitzt wurden. Um-dieses Risiko zu vermindern oder auszuschalten und dadurch die Ausbeute noch weiter zu erhöhen und um die Bildung qualitativ hochwertiger Glaskörperchen zu fördern, wird es bevorzugt, das brennbare Gasgemisch mit den darin eingeschlossenen Partikein aus dem Brennerkopf auszustoßen, während es von einem umhüllenden Strom aus einem zweiten brennbaren Gasgemisch umgeben ist. Aufgrund des Vorliegens von perlbildenden Partikeln im ersten brennbaren Gasgemisch ist die auf dieses Gemisch zurückzuführende Flamme abgeschwächt. Der Einsatz eines zweiten umhüllenden brennbaren Gasgemisches hat den weiteren Vorteil, eine gute Flammenausbreitung aufrechtzuerhalten.

Damit dieses zweite Gasgemisch ebenfalls zu einer heißen harten Flamme führt, wird es bevorzugt, dieses zweite Gasgemisch in einen Hilfbrennerkopf, der den ersten Brennerkopf umgibt, einzuspeisen in Form einer ersten und zweiten Komponente in solcher Weise, wie dies oben in Bezug auf das Gasgemisch, in welchem die Partikel ein^c25 geschlossen sind, angegeben wurde.

Nachdem die vermischten Gase, in welchen die Partikel eingeschlossen sind, den ein weiteres inniges Vermischen '"' fördernden Kräften unterworfen wurden, erweist es sich

^;*30 als besonders vorteilhaft, den Gasstrom auf seinem Weg zum Brennerkopf durch eine Verengung strömen zu lassen. Es zeigte sich, daß dies die Verteilung der Körperchenbildenden Partikel in dem diese enthaltenen Gasstrom verbessert und außerdem das Risiko vermindert, daß

'35 '' 'irgendwelche Partikel aus perlbildendem Material aus der Flamme entweichen können, bevor sie ausreichend erhitzt wurden.

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des angegebenen Verfahrens weist vorzugsweise eines oder mehrere der folgenden wahlweisen Merkmale auf:

a) der erste Zufuhrkanal endigt in einem Spiralgehäuse, das das Brennerrohr umgibt und die öffnung oder öffnungen sind in einer Wand dieses Spiralgehäuses vorgesehen,

b) die öffnung oder öffnungen sind längs der äußeren peripheren Wand des Spiralgehäuses angeordnet,

c) der zweite Zufuhrkanal endigt in einem zweiten Spiralgehäuse, das das erste Spiralgehäuse umgibt,

' !<3) das erste und zweite Spiralgehäuse sind einander entgegengesetzt gerichtet,

e) ein zweites Zuleitungssystem ist vorgesehen zur Versorgung des Brennerkopfes mit einem zweiten brennbaren Gasgemisch, das das die Partikel mitführende Gasgemisch umschließt,

f) das zweite Zuleitungssystem zur Einspeisung des zweiten brennbaren Gasgemisches zum Brennerkopf weist eines oder mehrere der Merkmale auf, die im Bezug auf das Zufuhrsystem zur Einspeisung des die Partikel mitführenden Gasgemisches vorgesehen sind,

g) zwischen dem transversalen Einlaß zum Brennerrohr für das die Partikel mitführende Gasgemisch und dem Brennerkopf ist ein verengter Brennerrohrabschnitt vorgesehen.

Erfindungsgemäß sind feste und zellhaltige Körperchen herstellbar.

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.1 Die Erfindung wird durch die beigefügte Zeichnung näher veranschaulicht, in der darstellen:

Fig. 1 eine schematische, teilweise im Querschnitt g gezeigte Ansicht einer Brenneranordnung,

Fig. 2 ein Querschnitt längs der Linie II-II der Fig. 1,
und

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung

zur Herstellung rundlicher Glaskörperchen.

In den Fig. 1 und 2 weist die allgemein mit 1 bezeichnete „kB Brenneranordnung ein Brennerrohr 2 auf, das in einem

Brennerkopf 3 endigt. Das den Brennerkopf 3 versorgende Zuleitungssystem weist einen ersten Zufuhrkanal 4 auf, der in ein Spiralgehäuse 5 endigt, welches das Brennerrohr 2 umsöhließt und mit dessen Inneren über eine öff-2Q nung 6 (vergl. Fig. 2) in Verbindung steht, die groß

g.enug ist, daß sie den Durchgang von perlbildenden Partikeln, die im Gasstrom, der längs des ersten Zufuhr_rkanals 4 und in das Brennerrohr 2 strömt, eingeschlossen nicht behindert.

^Ij\ , zweiter Zufuhrkanal 7 zur Einspeisung einer zweiten _a^,a.p.komponente endigt in einem zweiten Spiralgehäuse 8,

das erste Spiralgehäuse umgibt und damit in Versteht über eine Vielzahl von Löchern, die in dor äußeren peripheren Wand des ersten Spiralgehäuses 5 tU^tflQ-sehen und mit 9 bezeichnet sind. Wie ersichtlich, die Spiralgehäuse 5, 8 einander entgegengesetzt ge-

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Dür.Bödon des Brennerrohres 2 ist durch einen Deckel 10

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Eine Manschette 11 ist am Brennerrohr 2 oberhalb das Niveaus der beiden Spiralgehäuses 5/ 8 montiert zur Befestigung eines in einen Hilfbrennerkopf 13 endigenden Hilfbrennerrohrs 12, das mit einer Gaszufuhr-HilfsejinrIchtung versehen ist, die gemäß der dargestellten Ausführungsform mit der oben beschriebenen identisch ist, mit Ausnahme der Größe der Spiralgehäuse, die geändert ist, um sie dem größeren Durchmesser des äußeren Brennorrohres anzupassen. Die Teile der Gaszufuhr-Hilfseinrichtung sind mit Bezugszeichen versehen, die um 10 höher liegen als diejenigen der oben beschriebenen Gaszufuhr-Haupteinrichtung.

Wegen der transversalen Einführung der zweiten Gaskomponente in die erste Gaskomponente durch die Löcher 9, 19 sind die Gase bereits gut vermischt, wenn sie in die Brennerrohre 2, 12 eintreten und aufgrund der geometrischen Ausgestaltung der Gaszufuhrsysteme wird diesen Gemischen eine Wirbelbewegung verliehen, wenn sie längs der Brennerrohre 2, 12 zu den Brennerköpfen 3, 13 fließen, so daß jedes vor der Zündung innig gemischt ist.

Da sich die Löcher 9 in der äußeren peripheren Wand des ersten Hauptspiralgehäuses 5 befinden, tendiert die 'Zufuhr der zweiten Gaskomponente ebenfalls dazu, auf die in der ersten Gaskomponente mitgeführten Partikel aus perlbildendem Material einzuwirken und dadurch zumindest teilweise die auf die Teilchen bei deren Durchgang durch das Spiralgehäuse einwirkenden Zentrifugalkräfte zu kompensieren»

Fig. 3 gibt eine Vorrichtung zur Herstellung rundlicher Glaskörperchen wieder mit einer Brenneranordnung 1, die in den Fig. 1 und 2 beschrieben und am Boden einer Brennkammer 20 angeordnet ist. Luft wird als erste Gaskomponente den ersten Haupt- und Hilfszufuhrkanälen 4, 14 durch

Gebläse 21, 22 zugeführt und eine Beschickungseinrichtung mit einem Trichter 23 ist vorgesehen zum Einbringen von Partikeln aus perlbildendem Material in den längs des ersten Hauptzufuhrkanals 4 fließenden Luftstrom. Brennbares Gas wird in den zweiten Hauptzufuhrkanal 7 und in dem zweiten Hilfszufuhrkanal 17 durch eine gemeinsame Beschickungsleitung 24 mit darin eingebautem Reduzierventil 25 eingespeist, so daß unterschiedliche Mengen an Gas zugeführt werden können. Wahlweise können auch separate Zuführleitungen verwendet werden. In den folgenden Beispielen dient als dieses brennbare Gas Erdgas, doch kann auch Stadtgas oder anderes brennbares Gas eingesetzt werden, je nach Eignung und Verfügbarkeit.

lg,- Die Gasgemische werden an den Brennerköpfen 3, 13 gezündet, wo das Hilfsbrennerrohr 12 einen Flammenvorhang liefert, der die aus dem Hauptbrennerrohr 2 stammende Flamme umgibt, um mitgeführte Partikel aus perlbildendem Material daran zu hindern, daß sie ohne erhitzt worden

2^j₁J zu sein, seitlich entweichen, und um die Hauptflamme zu stabilisieren.

Die heißen Abgase und die darin eingeschlossenen Körperchen, die durch die Einwirkung der Flamme nunmehr abge-25· ir^ndet sind, werden nach oben getragen zu einem am Kopf jder -Brennkammer 20 vorgesehenen Schlot 26 und von dort church die Leitung 27 zu einem Separator 28 geführt, von jdessen Boden die fertigen Kügelchen abgezogen werden gönnen.

'.Gejnäß einer vorteilhaften Ausführungsform der oben beschriebenen Brenneranordnung ist im Hauptbrennerrohr 2 'PiMk.verengter Abschnitt 29 (in Fig. 1 durch gestrichelte jLiLnii_en angedeutet) vorgesehen, der sich stromabwärts 3i>^r> tyQJR: Einlaß in das Brennerrohr und vorzugsweise nahe dem Brennerkopf 3 befindet. Dies hat selbstverständlich eine

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Beschleunigung des Gasstroms an dieser verengten Zone und eine Verlangsamung und Druckminderung jenseits dieser Zone zur Folge und es zeigte sich, daß dies einen günstigen Einfluß auf die Verteilung der im Gasstrom eingeschlos- -senen Partikel unter bestimmten Umständen hat. Insbesondere vermindert es die Neigung dieser Partikel aus der Flamme hinter dem Brennerkopf herauszufliegen aufgrund von Zentrifugalkräften, die von den Wirbelkräften herrühren, die dem Gasstrom bei dessen Eintritt in das Brennerrohr 2 an der Eintragsöffnung 6 verliehen wurden» Ein weiterer Vorteil des Vorliegens einer derartigen Verengung im Brennerrohr ist darin zu sehen, daß sie das Risiko eines Flammenrückschlags vermindert.

Beispiel 1

Feste Glaskörperchen wurden in einer Vorrichtung des unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebenen Typs unter Verwendung der oben angegebenen Brenneranordnung hergestellt.

Diese festen Mikrokügelchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser unter 100 μπι wurden in einer Rate zwischen 100 und 120 kg/h gewonnen und hatten ein Schüttgewicht von 1 bis 1,1 kg/1,

Geeigneter zerstampfter Glasbruch wurde in einen mit 210 m³(N)/h eingespeisten Hauptluftstrom eingebracht. Die Haupterdgasbeschickung erfolgte mit 35 m³(N)/h. Der Hilfsbrenner wurde mit 90 m³(N) Luft und 15 m³(N) Erdgas/h beschickt.

Es wurde eine sehr hohe Ausbeute an Mikrokügelchen ausgezeichneter Qualität erhalten.

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Beispiel 2

Zellförmige Glaskörperchen wurden in einer Vorrichtung, wie sie unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben wurde, unter Verwendung der oben angegebenen Brenneranordnung hergestellt.

Zur Gewinnung von zellförmigen Körperchen in einer Rate von 100 bis 120 kg/h wurden Partikel aus perlbildendem Material in einen Hauptluftstrom eingebracht, der in einer Rate von 240 m³(N)/h zugeführt und danach mit einem Haupterdgasstrom, der mit 43 m³/N)/h floß, vermischt. Der Hilfsbrenner wurde mit 120 m³ (N) Luft und 23 m³(N) Erdgas/h beschickt. Die Gasströme wurden an den Brennerköpfen gezündet zum Brennen der Kügelchen. Das verwendete perlbildende Material wurde wie folgt gewonnen.

Eine wäßrige Lösung von Natriumsilikat (38° Baume) wurde in ein Mischgefäß eingebracht zusammen mit Glaskörnern (Größenbereich 20 bis 100 Mikron), die mit pulverförmigem Harnstoff als Zellbildungsmittel vermischt waren. Das Glas hatte die folgende Zusammensetzung in Gew.-%: 70,4 SiO₂, 12,78 Na₃O, 12,14 CaO, 1,77 MgO, 1,92 Al₃O₃, Rest Verunreinigungen. Die Natriumsilikatlösung wurde in einer Menge von 10,5 1 pro 20 kg Glas zugegeben.

Der Harnstoff wurde in einer Menge, die 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Glases entsprach, zugesetzt. Die Gußmasse wurde in ein weiteres Gefäß, das mit einem Rührer ausgestattet war, geschüttet. Die Viskosität der Gußmasse in diesem Gefäß wurde mit Hilfe eines Viskosimeters gemessen und in Abhängigkeit von der gemessenen Viskosität wurde Wasser zugesetzt, bis die Viskosität der Gußmasse praktisch bei 3000 cP lag. Die Gußmasse wurde ausgepumpt über ein Filter zu einem oder mehreren Sprühköpfen in einem Trockenturm in einer

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Rate von 15 bis 201/min. Druckluft wurde je nach Bedarf zu den Sprü.nköpfen zugeführt. Die aus den Sprühköpfen austretenden Tropfen hatten unterschiedliche Größen im Bereich von 100-1000 Mikron.

Aus der Brennkammer 20 abgegebene heiße Gase wurden in den Boden des Trockenturms eingeführt. Beim Eintritt in den Trockenturm hatten die Gase eine Temperatur im Bereich von 200 bis 400⁰C. Die aus den Sprühköpfen austretenden Tropfen wurden, während sie in diesem Turm rasch ' erhitzt wurden, durch die aufsteigenden heißen Gasströme nach oben mitgeführt. Im Trockenturm wurde aus den aufsteigenden Tropfen Wasser verdampft, so daß sie in selbsttragende Partikel umgewandelt wurden, welche die Glaskörner enthielten, die durch Natriumsilikat als Bindemittel zusammengehalten wurden. Gleichzeitig fand eine gewisse Zersetzung des Harnstoffs statt unter Freisetzung von Gas ,die eine gewisse Expansion der unentwickelten Partikel bewirkt. Die gebildeten Partikel entluden sich kontinuierlich vom Kopf des Trockenturms in einen Gasseparator, in welchen die Partikel durch Schwerkraft zu Boden sanken und bereit waren zum Einspeisen in die Brennkammer 20 über die Brenneranordnung 1. Beim Verlassen des Kopfes des Trockenturms hatten sich die Partikel verfestigt und waren ausreichend trocken, um als Masse ohne aneinander festzukleben gesammelt werden zu können. Eine Untersuchung von Proben der dem Separator entnommenen Partikel ergab _T daß jedes einer vorbestimmten Anzahl derselben eine Gruppe von Glaskörnern enthielt, die zusammengehalten wurde durch eine Natriumsilikathaut, welche sich um jedes der Glaskörner und um die gesamte Gruppe als eine umhüllende Oberflächenschicht erstreckte. Innerhalb des Körpers befanden sich zwischen den beschichteten Glaskörnern kleine Zellen, die mit Gasen gefüllt waren, die zum Teil aus der teilweisen Zersetzung des Harnstoffs stammten _{o Das} Schüttgewicht der Partikel betrug etwa 0,4 bis 0,6 kg/l.

Die Partikel wurden in die Brennkaimfer 20 in der oben angegebenen Weise eingebracht und ergaben eine sehr hohe Ausbeute an runden Glaskörperchen im Größenbereich von 0,15 bis 2,5 nun mit einer Schüttdichte von etwa 0,25 kg/1.

Beispiel 3

Expandierbare Partikel aus perlbildendem Material wurden wie in Beispiel 2 gebildet, jedoch mit der Ausnahme, daß anstelle von Harnstoff Kalziumkarbonatpulver (durchschnittliche Korngröße 0,08 Mikron) als zellbildendes Mittel in einer Menge von 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesicht des Glases, angewandt wurde. Die erhaltene Gußmasse enthielt somit praktisch die gleiche Menge Wasser, nämlich 35 Gew.-%, wie die in Beispiel 2 eingesetzte Gußmasse. Die Temperatur im Trockenturm betrug 500 bis 600⁰C, was ausreichte, um eine teilweise Zersetzung des Kalziumkarbonats während der Verweilzeit der Tropfen der Gußmasse im Trockenturm zp bewirken.

Die expandierbaren Partikel, die aus dem Gasseparator gesammelt wurden, hatten ein Schüttgewicht von etwa 0,8

2- C'i -^-

bis 1,0 kg/1. Diese Partikel wurden sodann in gleicher Waise wie die in Beispiel 2 eingesetzten Partikel in zellförmige Glaskörperchen umgewandelt.

Beispiel 4

30, eine.

Ex-panjdierbare perlbildende Partikel wurden gebildet aus

mit einem Größenbereich von 60 bis 150 Mikron, und Natriumsilikatlösung (38° Baume). Das Glas gleiche Zusammensetzung wie das in Beispiel 2 verwendete Glas. Der Harnstoff wurde in einer Menge von 2 .Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Glases, verwendet. α- > ]:,

Die Natriumsilikatlösung wurde in einer Menge von 10,5 1 pro 20 kg Glas eingesetzt. Wasser wurde zugegeben, um die Viskosität der Gußmasse auf etwa 5000 cP zu bringen, was ungefähr 35 Gew.-% Wasser entsprach.

Die Natriumsilxkatlösung einerseits und die mit dem pulverförmigen Harnstoff vermischten Glaskörner andererseits wurden aus entsprechenden Behältern in das Mischgefäß der auch in Beispiel 2 verwendeten Vorrichtung eingebracht und Wasser wurde in Abhängigkeit von der in dem weiteren Gefäß gemessenen Viskosität zugegeben.

Die Gußmasse wurde in den Trockenturm in Form von Tropfen im Größenbereich von 150 Mikron bis 1,5 mm gesprüht.

Die Trockenturmtemperatur betrug 300⁰C. Im Trockenturm verdampfte Wasser. Jedes der aus dem Trockenturm abgezogenen Partikel enthielt Glaskörner, die durch Natriumsilikat zusammengehalten wurde. Die Partikel enthielten Zellen, die auf die Freisetzung von Gas zurückzuführen waren aufgrund der teilweisen Zersetzung des Harnstoffs und bis zu einem gewissen Grade auch aufgrund der Verdampfung von Wasser von den Tropfen während des Erhitzens im Trockenturm. Die Partikel lagen im Größenbereich von 200 Mikron bis 2 mm und hatten ein Schüttgewicht von 0,4 kg/1.

In einer nachfolgenden Verfahrensstufe wurden die perlbildenden Partikel wie im Beispiel 2 beschrieben eingeblasen und gebrannt. Bei dieser Brennbehandlung erfolgte eine weitere Zersetzung von Harnstoff unter Freisetzung von weiterem Gas. Das Glas schmolz und die Einzelmengen an geschmolzenem Glas verschmolzen unter Bildung einer einheitlichen Masse. Es erfolgte eine Äuswärtsverlagerung von geschmolzenem Glas unter dem durch das Gas erzeugten inneren Druck. Das Natriumsilikat wurde chemisch mit dem Glas integriert. Eine Untersuchung der erhaltenen Glaskorperchen nach deren Abkühlen zeigte, daß sie aus einer

einheitlichen Glasmasse bestanden und eine Zellstruktur besaßen. Die Glaskügelchen hatten ein Schüttgewicht von 0,2 kg/1.

Das gleiche Beispiel wurde wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, daß die Gußmasse, aus der die expandierbaren Partikel gebildet wurden, Sägemehl enthielt. Bei der Verarbeitung verbrannte das Sägemehl in den einzelnen Partikeln. Es wurden wiederum zellförmige Glaskügelchen erhalten.

Beispiel 5

Hohlkörperchen aus Natronkalkglas wurden aus perlbildendem Material hergestellt, das wie folgt gewonnen war.

Die verwendete Anlage wies vier Gefäße zur Aufbewahrung entsprechender Mengen an Ausgangsmaterialien auf. Die Gefäße waren mit motor-getriebenen Rührern ausgestattet. Das erste Gefäß enthielt eine wäßrige Lösung von handelsüblichem Natriumsilikat (38° Baume). Das zweite Gefäß enthielt eine wäßrige Lösung von Kalziumhydroxid von 8O⁰C. Das dritte Gefäß enthielt eine wäßrige Lösung von Natriumkarbonat von 80⁰C. Das vierte Gefäß enthielt eine wäßrige Lösung von Harnstoff von 6O⁰C.

Kalziumhydroxidlösung und Natriumkarbonatlösung aus dem zweiten und dritten Gefäß wurden in einen Mischtank in

OQ einem Verhältnis eingespeist, das 2,64 Gew.-Teilai Kalziumhydroxid pro 3,41 Gew.-Teile Natriumkarbonat entsprach. Die Lösungen wurden in dem Tank mit Hilfe des darin montierten Rührers innig vermischt und es erfolgte eine Reaktion zwischen dem Kalziumhydroxid und Natriumkarbonat,

gg die zur Bildung einer Lösung führte, welche Natriumhydroxid, Kalziumkarbonat und eine geringe Restmenge an gelöstem Natriumkarbonat enthielt.

Die im Mischtank gebildete Lösung und Natriurasilikatlösung aus dem ersten Gefäß wurden in einen ebenfalls mit einer Rühreinrichtung ausgestatteten Hauptmischer in solchen Mengen eingespeist/ daß 100 Gew.-Teile Natriumsilikiit pro 2,64 Gew.-Teile Kalziumhydroxid und pro 3,41 Gew.-Teile Natriumkarbonat entfielen. Gleichzeitig wurde Wasser in den Mischer eingebracht, um die Viskosität des flüssigen Mediums im Mischer auf 2300 cP zu bringen.

In einem ersten Versuchsansatz wurde das Ventil zwischen dem vierten Gefäß und dem Hauptmischer geschlossen, so daß Harnstoff bei diesem Verfahren nicht zur Anwendung gelangte.

Das im Hauptmischer gebildete flüssige Medium enthielt gelöstes Natriumsilikat und Natriumhydroxid, sowie Kalziumkarbonat in Suspension. Bei der Herstellung von Glaskörperchen aus diesem flüssigen Medium in der im folgenden angegebenen Weise dienten diese drei Bestand-

teile zusammen als glasbildendes Material und das Kalziumkarbonat diente zusätzlich als ein zellbildendes Mittel.

Das flüssige Medium wurde aus dem Hauptmischer in einen mit einem Rührer ausgestatteten Behälter geleitet, in welchem die Viskosität des Mediums gemessen wurde. In Abhängigkeit von dieser Messung wurde der Zufluß von Wasser in den Hauptmischer so gesteuert,daß die Viskosität des flüssigen Mediums bei etwa 2300 cP lag. Nach Durchleiten durch ein Filter wurde das flüssige Medium durch eine Pumpe Sprühköpfen zugeführt, in denen das flüssige Medium mit Hilfe von Druckluft, die von einem Kompressor geliefert wurde, zerstäubt wurde. Die Sprühköpfe entluden das flüssige Medium als Tropfen, deren Größe kleiner als 500 Mikron war . Die Tropfen wurden direkt in den ersten Hauptzufuhrkanal 4 entladen und gelangten von

-20-dort aufwärts in die Brennkammer 20.

Beim Kontakt mit den aufsteigenden Strömen von heißem Gas in der Brennkammer wurden viele der Tropfen aus flüssigem § Medium durch innere Drücke, die durch Verdampfen von Wasser und Zersetzung von Kalziumkarbonat erzeugt wurden, zerrissen und bildeten Tropfen von noch kleinerer Größe. Alle Tropfen wurden innerhalb der Kammer durch die heißen Gasströme nach oben getragen. Während ihres Aufstiegs und sobald die Temperatur der Tropfen gegen 750⁰C anstieg, wurde festes Material in den einzelnen Tropfen in eine glasartige Haut oder Umhüllung umgewandelt. Gleichzeitig erhöhte eine Expansion von in den Tropfen eingeschlossenem Gas deren Volumen.

Die Tropfen wurden in Form von hohlen Glaskörperchen vom Kopf der Brennkammer 20 in die Leitung 27 entladen, die tangential in einen Zyklonseparator 28 führt, der am Kopfende eine zentral gelegene Öffnung zum Abzug von Gasen

2£) _tund an der Spitze des Bodens ein Loch zum Abzug der Glaskörperchen aufwies. Während ihrer Bewegung längs der Leitung i2'7'.;und innerhalb des Zyklonseparators wurden die Glasitöirperchen ausreichend gekühlt, um als Masse ohne gegenseitiges Aneinanderhaften der Kügelchen gesammelt werden

3§ zu können. Die Glaskörperchen wurden aus dem Zyklonseparator in einen Trichter abgezogen und von dort auf ein Förderband zum Transport an eine Abgabestelle, wo sie aufbewahrt oder verpackt oder direkt einer industriellen .Verwendung zugeführt werden konnten.

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■Bded-hohlen Glaskörperchen bestanden aus Glas der folgendem .ungefähren Zusammensetzung:

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SxO₂	70	Gew.	-%
Na₂O	25	Gew.	-%
CaO	5	.Gew.	-%

I -21-

Die Hohlkörperchen hatten vorwiegend eine Größe im Bereich zwischen 10 und 250 Mikron und sie wiesen ein Schüttgewicht von 0,1 bis 0,3 kg/1 auf. Die Hauptmenge der Kügelchen war aus mikrozellularen Schalen gebildet.

In einem zweiten Versuchsansatz wurden die gleichen Verfahrensbedingungen angewandt, jedoch mit der Ausnahme, daß das Ventil geöffnet wurde, um Harnstoff in die Masse aus im Hauptmischer gebildetem flüssigem Medium in einer Menge von etwa 3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Natriumsilikats, einzuführen. Es wurden ebenso wie im ersten Versuchsansatz hohle Glaskörperchen gebildet, die jedoch ein etwas geringeres Schüttgewicht aufwiesen.

Beispiel 6

Natriumborsilikat-Glaskörperchen wurden in folgender Weise hergestellt. Die verwendete Anlage wies vier Gefäße zur Aufbewahrung entsprechender Mengen von Ausgangsmaterialien

auf. . '

Das erste Gefäß enthielt eine wäßrige Lösung von handelsüblichem Natriumsilikat (38° Baume).

Das zweite Gefäß enthielt eine wäßrige Lösung von Borsäure von 8O⁰C. Das dritte Gefäß enthielt eine wäßrige Lösung von Natriumhydroxid in 50%iger Konzentration von 80⁰C.

Borsäurelösung und Natriumhydroxidlösung aus dem zweiten und dritten Gefäß wurden in einen Mischtank eingetragen zur Bildung einer neutralen Lösung in diesem Tank. Die erhaltene neutrale Lösung wurde einem Hauptmischer, zusammen mit Natriumsilikatlösung aus dem ersten Gefäß, einer wäßrigen Lösung von Harnstoff aus einem vierten Gefäß und Wasser zugeführt. Die Harnstofflösung enthielt 200 g Harn-

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Harnstoff pro 10 1 Wasser und hatte eine Temperatur von 6O⁰C. Das Mischungsverhältnis im Hauptmischer entsprach 10 kg Natriumsilikat pro 1,1 kg Borsäure und pro 200 g Harnstoff, und die Zugabe von Wasser wurde so gesteuert, daß das flüssige Medium im Hauptmischer eine Viskosität von 500 cP hatte.

Aufgrund der Neutralisation der Säure durch das Natriumhydroxid zeigte das flüssige Medium im Hauptmischer keine Neigung zur Gelbildung.

Das erhaltene flüssige Medium wurde in der in Beispiel 2 beschriebenen Weise in einen Trockenturm gesprüht unter Bildung von festen Partikeln aus perlbildendem Material, die sodann, wiederum wie in Beispiel 2 beschrieben, weiterverarbeitet wurden.

Es wurden hohle Glaskörperchen mit mikrozellularen Schalen aus dem Zyklonseparatur abgezogen. Die Körperchen hatten eine Größe von unter 250 Mikron und wiesen ein Schüttgewicht von 0,1 bis 0,2 kg/1 auf. Die ungefähre gewichtsmäßige Zusammensetzung des die Kügelchen bildenden Borsilikatglases war wie folgt:

^si02 65,5 Gew.-%

Na₂O 19,5 Gew.-%

B₂O₃ 15 Gew.-%

Aus weiteren Versuchen ergab sich, daß hohle Glaskörperchen aus den verschiedensten Borsilikatgläsern gebildet werden können durch Erhöhung oder Erniedrigung der Menge an verwendeter Borsäure zur Herstellung des flüssigen Mediums, in der im vorstehenden Beispiel beschriebenen Woise und vorausgesetzt, daß die Menge an verwendetem 2i_o Natriumhydroxid entsprechend variiert wird, um die Neutralisation des Mediums sicherzustellen.kann Gelbildung

vermieden werden. So kann z.B. der Gehalt an Boroxid im gebildeten Glas auf mehr als 50% gesteigert werden durch Erhöhung der Menge an Borsäure im flüssigen Medium und in diesem Falle hat das Glas eine niedrigere Erweichungstemperatur, so daß eine niedrigere Kammertemperatur verwendet werden kann.

Eine weitere mögliche Modifikation das vorstehenden Beispiels betrifft die Verwendung von Kai/. i uiuhydrox i.d statt Natriumhydroxid als Base. Eine weitere mögliche Modifikation betrifft die Zugabe von Natriumaluminat, z.B. in einer Menge von 100 g pro 10 kg Natriumsilikat, um die chemische Widerstandsfähigkeit der nach dieser Verfahrensweise hergestellten hohlen Glaskörperchen zu

χ 5 verbessern.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform, die für jedes der vorangehenden Beispiele zutrifft, wird Wasserdampf und/oder Kohlendioxid in geringen Mengen, z.B. in Mengen ^v°n bis zu 20 Vol.-%, in den dem Brennerkopf zugeführten partikelhaltigen Luftstrom eingebracht, um die Wärmeübertragung auf die Partikel während deren Verweilzeit in der erzeugten Flamme, zu fördern.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von rundlichen Glaskörperchen, bei dem Partikel aus perlbildendom Material, die in einem Gasstrom mit verbrennunciserregcnden und brennbaren Komponenten mitgeführt werden, aus- einem Brennerkopf ausgestoßen werden und das Gas verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet daß man

- eine erste Komponente des brennbaren Gasgemisches mit darin eingeschlossenen Partikeln längs eines zum Brennerkopf (3) führenden Zufuhrkanals (4) vortreibt,

- eine zweite Gaskomponente transversal in diesen Zufuhrkanal durch mindestens eine in dessen peripherer Wand befindliche Öffnung (9) drückt und

- die vermischten Gase mit den darin eingeschlossenen ^g Partikeln Kräften unterwirft, die deren inniges Vermischen weiter fördern, bevor sie den Brennerkopf (3) erreichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ^man als vermischend wirkende Kräfte solche erzeugt, die zu einer Durchwirbelung des Gasgemisches führen.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die erste Gaskomponente einer Richtungsänderung an der Zone unterwirft, wo die zweite Gaskomponente durch die Öffnung oder Öffnungen (9) gepresst wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß rnan die Richtungsänderung in einem Spiralgehäuse (5) vornimmt, durch das die erste Gaskomponente in ein Brennerrohr (2) fließt, das zum Brennerkopf (3) führt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die zweite Gaskomponente in das erste Spiralgehäuse (5) durch ein dieses umgebendes zweites Spiralgehäuse (8) drückt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die beiden Spiralgehäuse (5, 8) so auslegt, daß sie einander entgegengesetzt gerichtet sind.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einer der Komponenten des brennbaren Gasgemisches ein Gasmaterial vom Typ Wasserdampf oder Kohlendioxyd zusetzt, das beim Verbrennen des Gemisches die Wärmeübertragung von der.entstandenen Flamme auf die perlbildenden Partikel fördert.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das brennbare Gasgemisch mit darin eingeschlossenen Partikeln aus dem Brennerkopf (3) ausstößt, während es von einem umhüllenden Strom, der ein zweites brennbares Gasgemisch aufweist, umgeben ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das zweite Gasgemisch in einen Hilfsbrennerkopf (13), der den ersten Brennerkopf (3) umgibt, als erste und zweite Komponente in der in Ansprüchen 1 bis 6 angegebenen Weise in Bezug auf das partikelhaltige Gasgemisch einspeist.

Io. Verfahren nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekonnzeichnet, daß man den Gasstrom, nachdem die gemischten Gase mit den darin eingeschlossenen Partikeln den ein weiteres inniges Vermischen fördernden Kräften unterworfen wurden, auf seinem Weg zum Brennerkopf (3) durch eine Verengung (29) strömen läßt.

11. Vorrichtung zur Herstellung von rundlichen Glaskörperchen nach einem Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis Io, gekennzeichnet durch einen Brennerkopf (3) und

eine zu dessen Versorgung dienende Zufuhreinrichtung mit einem ersten Zufuhrkanal (4) zur Einspeisung einer ersten Komponente eines brennbaren Gasgemisches mit darin eingeschlossenen perlbildenden Partikeln _Zum Brennerkopf, und einem zweiten Zufuhrkanal (7) zur forcierten Einspeisung einer zweiten Gaskomponente transversal in den ersten Zufuhrkanal (4) durch eine oder mehrere in dessen Wand befindliche öffnungen (9) und von dort transversal in ein zum Brennerkopf (3) führendes Brennerrohr (2) in Form eines brennbaren Gemisches mit der ersten Gaskomponente und den darin mitgeführten Partikeln.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zufuhrkanal (4) in ein das Brennerrohr (2) umgebendes Spiralgehäuse (5) endigt und die öffnung oder Öffnungen (9) in einer Wand des Spiralgehäuses (5) vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung oder öffnungen (9) längs der äußeren peripheren Wand des Spiralgehäuses (5) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Ansprüchen 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zufuhrkanal (7) in ein das erste Spiralgehäuse (5) umschließendes zweites Spiralgehäuse (8) endigt.

15.' Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Spiralgehäuse (5) und das zweite Spiralgehäuse (8) entgegengesetzt gerichtet sind.

16. Vorrichtung nach Ansprüchen 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zweite Zuleitungen (14,17) vorgesehen sind zur Versorgung eines den ersten Brennerkopf (3) umgebenden Hilfsbrennerkopfes (13) mit einem zweiten brennbaren Gasgemisch, das die die Partikel einschließende Gasmischung umhüllt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Zuleitungen (14,17) zur Zuführung des zweiten brennbaren Gasgemisches zum Hilfbrennerkopf (13) eines oder mehrere der in den Ansprüchen 11 bis 15 in Bezug auf die Zuleitungen (4,7) zur Einspeisung des die Partikel einschließenden Gasgemisches angegebenen Merkmale aufweisen.

18. Vorrichtung nach Ansprüchen 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Transversaleinlaß (6) zum Brennerrohr (2) für das die Partikel einschließende Gasgemisch und dem Brennerkopf (3) ein verengter Brennerrohr-.abschnitt (29) vorgesehen ist.

19. Rundliche Glaskörperchen, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis

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