DE3320722C2

DE3320722C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von rundlichen Glaskörperchen

Info

Publication number: DE3320722C2
Application number: DE3320722A
Authority: DE
Inventors: Hubert Neusy
Original assignee: Glaverbel Belgium SA
Current assignee: AGC Glass Europe SA
Priority date: 1982-06-08
Filing date: 1983-06-08
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2003-06-09
Also published as: NO158938B; GB2121782B; JPH0364457B2; ES8404296A1; US4487620A; NL192303B; GB2121782A; NL192303C; ES523353A0; AT388546B; BE896910A; SE458201B; NL8302040A; ZA834070B; SE8303127L; FR2528031B1; DE3320722A1; JPS593025A; ATA201783A; ES523352A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von rundlichen Glaskörperchen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Glas körperchen bekannt, z. B. aus der FR-PS 1 161 396. Gemäß dieser PS wird Luft, in welcher perlbildende Partikel eingeschlossen sind, in eine Verbrennungskammer einge speist 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 die jenige 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 abzu schirmen pflegen und die Ausbeute an gut ausgebilden Körperchen zu wünschen übrig läßt.

In der US-PS 2,794,301 wird die Bildung von Glasperlen be schrieben, die gute rheologische Eigenschaften aufweisen, wobei Mikroglasperlen mit einem sauren Gas in Kontakt gebracht werden, um freies Alkali zu entfernen, das in nennenswerten Mengen auf der Oberfläche der Glasperlen vorliegt, wobei Salze entstehen, die nicht mehr absorbierend sind.

Die US-PS 2,794,301 beschäftigt sich jedoch nicht mit einer Mikroglasperlenbildung.

In der US-PS 2,794,301 wird auf die US-PS 2,600,963 verwiesen, die eine Vorrichtung zur Herstellung von Glasperlen be schreibt.

Die CH-PS 290,824 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Mikroglasperlen, wobei die Partikel durch eine Luftströmung zu einem Brenner getrieben werden. Der Brenner ist derart ausge staltet, daß die Flamme einen Kern einer turbulenzfreien Zone aufweist, damit die Glasartikel deutlich länger dort bleiben können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein wirkungsvolleres Verfahren zur Herstellung rundlicher massiver oder hohler Glaskörperchen mit verbesserter Qualität anzugeben, wobei gleichzeitig eine wesentliche Verringerung des spezifischen Gasverbrauches bewirkt wird. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitgestellt werden.

Diese Aufgaben werden durch den kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 bzw. 7 gelöst.

Die Unteransprüche bilden die Erfindung weiter.

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 Produktqualität ver bessert. Ferner werden die Körperchen rascher erhitzt. Ein rasches Erhitzen wird deshalb erzielt, weil das die Verbrennung bewirkende und das verbrennbare 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 Verbrennungskammer dimensionen. Da die Flamme härter und heißer ist, ist es ferner möglich, die spezifische Menge an brennbarem Gas, die für eine bestimmte Menge an verarbeitetem perl bildendem Material angewandt wird, zu vermindern.

Luft kann als die Verbrennung bewirkendes Mittel 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 verur sachen. Dies stellt eine sehr einfache Methode zur Er zielung des turbulenten Flusses, der zur Bewirkung des innigen Vermischens der Gaskomponenten erforderlich ist, dar.

Die erste Gaskomponente wird erfindungsgemäß einer Richtungsänderung in der Zone unterworfen, wo die zweite Gaskomponente durch die Öffnung oder Öffnungen gedrückt wird. Das Gasgemisch kann dadurch zur Wirbelbildung auf grund der geometrischen Ausgestaltung der verwendeten Vorrichtung veranlaßt werden.

Diese Richtungsänderung wird durch ein Spiralgehäuse oder eine Schnecke bewirkt, durch welche die erste Gas komponente in ein zum Brennerkopf führendes Brennerrohr strömt. Es zeigt sich, daß dies zur Förderung eines innigen Vermischens der Gaskomponenten äußerst hilfreich ist. Aus ähnlichen Gründen wird die zweite Gaskomponente in das erste Spiralgehäuse über ein dieses umgebendes zweites Spiralgehäuse gedrückt. 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 der artiges Gasmaterial sind Wasserdampf und Kohlendioxid. Die Verwendung eines derartigen Gasmaterials fördert die wirksame Bildung rundlicher Glaskörperchen. Ein der artiges Gasmaterial kann z. B. bis zu 20% der die Teil chen umschließenden Gaskomponente ausmachen.

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 aus zuschalten und dadurch die Ausbeute noch weiter zu er höhen und um die Bildung qualitativ hochwertiger Glas körperchen zu fördern, wird es bevorzugt, das brenn bare Gasgemisch mit den darin eingeschlossenen Partikeln aus dem Brennerkopf auszustoßen, während es von einem umhüllenden Strom aus einem zweiten brennbaren Gasgemisch umgeben ist. Aufgrund des Vorliegens von perlbil denden Partikeln im ersten verbrennbaren Gasgemisch ist die auf dieses Gemisch zurückzuführende Flamme abge schwächt. Der Einsatz eines zweiten umhüllenden verbrenn baren 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 Hilfsbrennerkopf, 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 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 als besonders vorteilhaft, den Gasstrom auf seinem Weg zum Brennerkopf durch eine Verengung strömen zu lassen. Es zeigte sich, daß dies die Verteilung der Körperchen bildenden Partiel in dem diese enthaltenden Gasstrom verbessert und außerdem das Risiko vermindert, daß irgendwelche Partikel aus perlbildendem Material aus der Flamme entweichen können, bevor sie ausreichend er hitzt wurden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des angegebenen Verfahrens weist folgende Merkmale auf:

- ein Brennerrohr 2, das in einem Brennerkopf 3 endigt und eine zur Versorgung des Brennerkopfes 3 dienende Zufuhr einrichtung, die einen ersten Zufuhrkanal 4 aufweist, der in einem das Brennerrohr 2 umgebenden Spiralgehäuse 5 endigt, in dessen Wand eine Öffnung oder Öffnungen 9 vorgesehen sind,
- einen zweiten Zufuhrkanal 7, der in einem zweiten das erste Spiralgehäuse 5 umschließenden Spiralgehäuse 8 endigt, wobei das zweite Spiralgehäuse 8 mit dem ersten Spiralgehäuse 5 über die Öffnung(en) 9 in Verbindung steht.

Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:

a) die Öffnung der Öffnungen 9 sind längs der äußeren peripheren Wand des Spiralgehäuses 5 angeordnet;
b) das erste Spiralgehäuse 5 und das zweite Spiralgehäuse 8 sind einander entgegengesetzt gerichtet;
c) verbrennbares Gasgemisch, das das die Partikel mit führende Gasgemisch umschließt;
d) das zweite Zuleitungssystem zur Einspeisung des zweiten verbrennbaren 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;
e) zwischen dem transversalen Einlaß zum Brennerrohr für das die Partikel mitführende Gasgemisch und dem Brenner kopf ist ein verengter Brennerrohrabschnitt vorgesehen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind feste und zellhaltige Körperchen erhältlich.

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

Fig. 1 eine schematische, teilweise im Querschnitt 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 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 Brenner rohr 2 umschließt und mit dessen Inneren über eine Öffnung 6 (vergl. Fig. 2) in Verbindung steht, die groß genug ist, daß sie den Durchgang von perlbildenden Partikeln, die im Gasstrom, der längs des ersten Zufuhr kanals 4 und in das Brennerrohr 2 strömt, eingeschlossen sind, nicht behindert.

Ein zweiter Zufuhrkanal 7 zur Einspeisung einer zweiten Gaskomponente endigt in einem zweiten Spiralgehäuse 8, welches das erste Spiralgehäuse umgibt und damit in Verbindung steht über eine Vielzahl von Löchern, die in der äußeren peripheren Wand des ersten Spiralgehäuses 5 vorgesehen und mit 9 bezeichnet sind. Wie ersichtlich, sind die Spiralgehäuse 5, 8 einander entgegengesetzt ge richtet.

Der Boden des Brennerrohres 2 ist durch einen Deckel 10 abgeschlossen.

Eine Manschette 11 ist am Brennerrohr 2 oberhalb des Niveaus der beiden Spiralgehäuse 5, 8 montiert zur Be festigung eines in einen Hilfbrennerkopf 13 endigenden Hilfbrennerrohrs 12, das mit einer Gaszufuhr-Hilfseinrichtung versehen ist, die gemäß der dargestellten Ausführungs form mit der oben beschriebenen identisch ist, mit Ausnahme der Größe der Spiralgehäuse, die geändert ist, um sie dem größeren Durchmesser des äußeren Brennerrohres 12 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 geome trischen 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.

Das sich die Löcher in der äußeren peripheren Wand des ersten Hauptspiralgehäuses 5 befinden, tendiert die Zu fuhr 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 kom pensieren.

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 Brenn kammer 20 angeordnet ist. Luft wird als erste Gaskompo nente 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. Verbrenn bares Gas wird in den zweiten Hauptzufuhrkanal 7 und in dem zweiten Hilfszufuhrkanal 17 durch eine gemeinsame Be schickungsleitung 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.

Die Gasgemische werden an den Brennerköpfen 3, 13 gezündet, wo das Hilfsbrennerrohr 12 einen Flammenvorhang liefert, der die aus dem Hauptbrennrohr 2 stammende Flamme umgibt, um mitgeführte Partikel aus perlbildendem Material daran zu hindern, daß sie, ohne erhitzt worden zu sein, seitlich entweichen, und um die Hauptflamme zu stabilisieren.

Die heißen Abgase und die darin eingeschlossenen Körper chen, die durch die Einwirkung der Flamme nunmehr abgerundet sind, werden nach oben getragen und zu einem am Kopf der Brennkammer 20 vorgesehenen Schlot 26 und von dort durch die Leitung 27 zu einem Separator 28 geführt, von dessen Boden die fertigen Kügelchen abgezogen werden können.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der oben be schriebenen Brenneranordnung ist im Hauptbrennerrohr 2 ein verengter Abschnitt 29 (in Fig. 1 durch gestrichelte Linien angedeutet) vorgesehen, der sich stromabwärts vom Einlaß in das Brennerrohr und vorzugsweise nahe dem Brennerkopf 3 befindet. Dies hat selbstverständlich eine 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 her rühren, die dem Gasstrom bei dessen Eintritt in das Brenner rohr 2 an der Eintragsöffnung 6 verliehen wurden. Ein weiterer Vorteil des Vorliegens einer derartigen Ver engung 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 Ver wendung der oben angegebenen Brenneranordnung hergestellt.

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

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) Erd gas/h beschickt.

Es wurde eine sehr hohe Ausbeute an Mikrokügelchen aus gezeichneter Qualität erhalten.

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 Brenner köpfen gezündet zum Brennen der Kügelchen. Das verwendete perlbildende Material wurde wie folgt gewonnen.

Eine wäßrige Lösung von Natriumsilikat (38° Baum´) wurde in ein Mischgefäß eingebracht zusammen mit Glaskörnern (Größenbereich 20 bis 100 μm), die mit pulverförmigem Harnstoff als Zellbildungsmittel vermischt waren. Das Glas hatte die folgende Zusammensetzung in Gew.-%: 70,4 SiO₂, 12,78 Na₂O, 12,14 CaO, 1,77 MgO, 1,92 Al₂O₃, Rest Verunreinigungen. Die Natriumsilikatlösung wurde in einer Menge von 10,5 l 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 ge messenen Viskosität wurde Wasser zugesetzt, bis die Viskosität der Gußmasse praktisch bei 3 Pa·s lag. Die Gußmasse wurde ausgepumpt über ein Filter zu einem oder mehreren Sprühköpfen in einem Trockenturm in einer Rate von 15 bis 201/min. Druckluft wurde je nach Bedarf zu den Sprühköpfen zugeführt. Die aus den Sprühköpfen austretenden Tropfen hatten unterschiedliche Größen im Bereich von 100-1000 μm.

Aus der Brennkammer 20 abgegebene heiße Gase wurde in den Boden des Trockenturms eingeführt. Beim Eintritt in den Trockenturm hatten die Gase eine Temperatur im Bereich von 200 bis 400°C. 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 selbst tragende Partikel umgewandelt wurden, welche die Glas körner enthielten, die durch Natriumsilikat als Binde mittel 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 Gas separator, in welchen die Partikel durch Schwerkraft zu Boden sanken und bereit waren zum Einspeisen in die Brenner kammer 20 über die Brenneranordnung 1. Beim Verlassen des Kopfes des Trockenturms hatten sich die Partikel ver festigt und waren ausreichend trocken, um als Masse ohne aneinander festzukleben gesammelt werden zu können.

Eine Untersuchung von Proben der dem Separator entnommenen Partikel ergab, 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 eines Körpers befanden sich zwischen den beschich teten Glaskörpern kleine Zellen, die mit Gasen gefüllt waren, die zum Teil aus der teilweisen Zersetzung des Harnstoffs stammten. Das Schüttgewicht der Partikel betrug etwa 0,4 bis 0,6 kg/l.

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

Beispiel 3

Expandierbare Partikel aus perlbildendem Material wurden wie in Beispiel 2 gebildet, jedoch mit der Ausnahme, daß anstelle von Harnstoff Kalziumkarbonatpulver (durchschnitt liche Korngröße 0,08 μm) als zellbildendes Mittel in einer Menge von 3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht 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 600°C, was ausreichte, um eine teilweise Zersetzung des Kalziumkarbonats während der Verweilzeit der Tropfen der Gußmasse im Trockenturm zu bewirken.

Die expandierbaren Partikel, die aus dem Glasseparator gesammelt wurden, hatten ein Schüttgewicht von etwa 0,8 bis 1,0 kg/l. Diese Partikel wurden sodann in gleicher Weise wie die in Beispiel 2 eingesetzten Partikel in zellförmigen Glaskörperchen umgewandelt.

Beispiel 4

Expandierbare perlbildende Partikel wurden gebildet aus Glaskörnern mit einem Größenbereich von 60 bis 150 μm, Harnstoff und Natriumsilkatlösung (38° Baum´). Das Glas hatte die gleiche Zusammensetzung wie das in Beispiel 2 verwendete Glas. Der Harnstoff wurden in einer Menge von 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Glases, verwendet.

Die Natriumsilikatlösung wurde in einer Menge von 10,5 l 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 Natriumsilikatlösung einerseits und die mit dem pulver förmigen 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 μm bis 1,5 mm gesprüht. Die Trockenturmtemperatur betrug 300°C. Im Trockentrum ver dampfte Wasser. Jedes der aus dem Trockenturm abgezogenen Partikel enthielt Glaskörner, die durch Natriumsilikat zu sammengehalten wurden. 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 µm bis 2 mm und hatten ein Schüttgewicht von 0,4 kg/l.

In einer nachfolgenden Verfahrensstufe wurden die perlbil denden 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 ein heitlichen Masse. Es erfolgte eine Auswärtsverlagerung von geschmolzenem Glas unter dem durch das Glas erzeugten inneren Druck. Das Natriumsilikat wurde chemisch mit dem Glas integriert. Eine Untersuchung der erhaltenen Glas körperchen nach deren Abkühlen zeigte, daß sie aus einer einheitlichen Glasmasse bestanden und eine Zellstruktur besaßen. Die Glaskügelchen hatten ein Schüttgewicht von 0,2 kg/l.

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

Beispiel 5

Hohlkörperchen aus Natronkalkglas wurden aus perlbil dendem 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 handels üblichem Natriumsilikat (38° Baum´). Das zweite Gefäß enthielt eine wäßrige Lösung von Kalziumhydroxid von 80°C. Das dritte Gefäß enthielt eine wäßrige Lösung von Natriumkarbonat von 80°C. Das vierte Gefäß enthielt eine wäßrige Lösung von Harnstoff von 60°C.

Kalziumhydroxidlösung und Natriumkarbonatlösung aus dem zweiten und dritten Gefäß wurden in einen Mischtank in einem Verhältnis eingespeist, das 2,64 Gew.-Teilen Kalzium hydroxid pro 3,41 Gew.-Teile Natriumkarbonat entsprach. Die Lösungen wurden in den Tank mit Hilfe des darin montierten Rührers innig vermischt und es erfolgte eine Reaktion zwischen dem Kalziumhydroxid und Natriumkarbonat, die zur Bildung einer Lösung führte, welche Natriumhydroxid, Kalziumkarbonat und eine geringe Restmenge an gelöstem Natriumkarbonat enthielt.

Die im Mischtank gebildete Lösung und Natriumsilikatlösung aus dem ersten Gefäß wurden in einen ebenfalls mit einer Rühreinrichtung ausgestatteten Hauptmischer in solchen Mengen eingespeist, daß 100 Gew.-Teile Natriumsilikat 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 2,3 Pa·s 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 Bestandteile zusammen als glasbildendes Material und das Kalzium karbonat 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 2,3 Pa·s lag. Nach Durch leiten 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 μm war. Die Tropfen wurden direkt in den ersten Hauptzufuhrkanal 4 entladen und gelangten von 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 750°C 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 und an der Spitze des Bodens ein Loch zum Abzug der Glaskör perchen aufwies. Während ihrer Bewegung längs der Leitung 27 und innerhalb des Zyklonseparators wurden die Glas körperchen ausreichend gekühlt, um als Masse ohne gegenseitiges Aneinanderhaften der Kügelchen gesammelt werden 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.

Die hohlen Glaskörperchen bestanden aus Glas der folgenden ungefähren Zusammensetzung:

SiO₂
70 Gew.-%
Na₂O	25 Gew.-%
CaO	5 Gew.-%

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

In einem zweiten Versuchsansatz wurden die gleichen Ver fahrensbedingungen 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 Natrium silikats, einzuführen. Es wurden ebenso wie im ersten Ver suchsansatz 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 handels üblichem Natriumsilikat (38° Baum´).

Das zweite Gefäß enthielt eine wäßrige Lösung von Borsäure von 80°C. Das dritte Gefäß enhielt eine wäßrige Lösung von Natriumhydroxid in 50%iger Konzentration von 80°C.

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 Harnstoff pro 10 l Wasser und hatte eine Temperatur von 60°C. 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 5·10^-1 Pa·s hatte.

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

Das erhaltene flüssige Medium wurde in der in Beispiel 2 beschriebenen Weise in einen Trockentrum 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 Zyklonseparator abgezogen. Die Körper chen hatten eine Größe von unter 250 μm und wiesen ein Schüttgewicht von 0,1 bis 0,2 kg/l auf. Die ungefähre gewichtsmäßige Zusammensetzung des die Kügelchen bildenden Borsilikatglases war wie folgt:

SiO₂
65,5 Gew.-%
Na₂O	19,5 Gew.-%
B₂O₃	15 Gew.-%

Aus weiteren Versuchen ergab sich, daß hohle Glaskörper chen 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 Weise und vorausgesetzt, daß die Menge an verwendetem Natriumhydroxid entsprechend variiert wird, um die Neu tralisation 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 Erweichungs temperatur, so daß eine niedrigere Kammertemperatur ver wendet werden kann.

Eine weitere mögliche Modifikation des vorstehenden Beispiels betrifft die Verwendung von Kalziumhydroxid 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 verbessern.

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

Claims

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

- eine erste Komponente des verbrennbaren Gasgemisches mit darin eingeschlossenen Partikeln längs eines zum Brennerkopf (3) führenden Zuführungskanals (4) vortreibt.
- eine zweite Gaskomponente transversal in diesen Zufuhrkanal (4) durch mindestens eine in dessen peripherer Wand befindliche Öffnung (9) drückt und
- die vermischten Gase mit den darin eingeschlossenen Partikeln Kräften unterwirft, die deren inniges Vermischen weiter fördern, bevor sie den Brennerkopf (3) erreichen,

wobei man die erste Gaskomponente einer Richtungsänderung in der Zone, in der die zweite Gaskomponente durch die Öffnung oder Öffnungen (9) gedrückt wird, unterwirft, diese Richtungsänderung durch ein Spiralgehäuse (5) oder eine Schnecke bewirkt wird, durch welche die erste Gaskomponente in ein zum Brennerkopf (3) führendes Brennerrohr (2) strömt und wobei die zweite Gaskomponente in das erste Spiralgehäuse (5) über ein dieses umgebendes zweites Spiralgehäuse (8) gedrückt wird.

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

3. Verfahren gemäß den vorhergehenden Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einer der Komponenten des verbrennbaren Gasgemisches ein Gasmaterial wie Wasserdampf oder Kohlendioxyd zusetzt, welches beim Verbrennen des Gemisches die Wärmeübertragung von der entstandenen Flamme auf die perlbildenden Partikel fördert.

4. Verfahren gemäß den vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das verbrennbare Gasgemisch mit darin eingeschlossenen Partikeln aus dem Brennerkopf (3) ausstößt, während es von einem umhüllenden Strom, der ein zweites brennbares Gasgemisch aufweist, umgeben ist.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das zweite Gasgemisch in einen Hilfsbrennerkopf (13), der den ersten Brennerkopf (3) umgibt, einspeist.

6. Verfahren gemäß den vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Gasstrom, nachdem die vermischten 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.

7. Vorrichtung zur Herstellung von rundlichen Glaskörperchen nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung umfaßt:

- ein Brennerrohr (2), das in einem Brennerkopf (3) endigt und eine zur Versorgung des Brennerkopfes (3) dienende Zufuhreinrichtung, die einen ersten Zufuhrkanal (4) aufweist, der in einem das Brennerrohr (2) umgebenden Spiralgehäuse (5) endigt, in dessen Wand eine Öffnung oder Öffnungen (9) vorgesehen sind,
- einen zweiten Zufuhrkanal (7), der in einem zweiten das erste Spiralgehäuse (5) umschließenden Spiralgehäuse (8) endigt, wobei das zweite Spiralgehäuse (8) mit dem ersten Spiralgehäuse (5) über die Öffnung(en) (9) in Verbindung steht.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung oder Öffnungen (9) längs der äußeren peripheren Wand des Spiralgehäuses (5) angeordnet sind.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Spiralgehäuse (5) und das zweite Spiralgehäuse (8) entgegengesetzt gerichtet sind.

10. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zweite Zuleitungen (14, 17) zur Versorgung eines den ersten Brennerkopf (3) umgebenden Hilfsbrennerkopfes (13) mit einem zweiten brennbaren Gasgemisch, das die die Partikel einschließende Gasmischung umhüllt, vorgesehen sind.

11. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Transversaleinlaß (6) zum Brennerrohr (2) für das die Partikel einschließende Gasgemisch und dem Brennerkopf (3) ein verengter Brennerrohrabschnitt (29) vorgesehen ist.