DK159388B - Fremgangsmaade og apparat til fremstilling af glasperler - Google Patents

Description

DK 159388 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af glasperler et apparat til anvendelse ved fremgangsmåden i form af forbrændingskamre eller ovne.

Glasperler, især de perler, som anvendes til f.eks.

5 malinger til trafikafmærkning eller reflekterende vejskilte, fremstilles i mange typer ovne.

De hidtil anvendte ovne har omfattet ovne med opadgående træk og nedadgående træk af typen med enten en blød flamme eller en forceret flamme, hvori glasaffald, dvs.

10 knust glas, fyldes i ovnen: a) ved ovnens nedre ende, hvorefter det føres opad af forbrændingsgasserne, b) ved ovnens øvre ende, hvorefter det får lov at falde nedad under indvirkning af tyngdekraften.

15 I begge tilfælde udsættes det knuste glasaffald først for de opvarmende virkninger af ovnen og derefter for de påfølgende afkølende virkninger af den afkølingszone, hvorved: i. partikler af knust glas opvarmes til en tilstrække-20 lig høj temperatur i et tilstrækkeligt tidsrum til at blive reduceret til en overgangstilstand, ii. partiklerne i overgangstilstand antager form af perler på grund af overfladespændingsfænomenet, dvs. partiklerne danner kugler, og 25 iii. de således dannede perler afkøles til under deres overgangstemperatur for at lette opsamlingen og undgå sammenklæbning med andre perler eller vedhæftning til ovnens vægge.

Det tidsrum, som partiklerne/perlerne tilbringer i 30 flugt i ovnen, er kendt som "opholdstiden".

Blandt de mange driftsparametre ved ovne til fremstilling af glasperler, hvilke parametre skal overvåges nøje, er effektiviteterne af sådanne ovne. På det seneste er det blevet af den yderste vigtighed at nedsætte de anvendte 35 mængder brændstof.

Størrelsen af de fremstillede perler og perlernes

DK 159388B

2 standarder, bl.a. deres brydningsforhold, er bestemt af perlernes slutanvendelser. Det er imidlertid i almindelighed fremstillingen af perler med brydningsforhold på ca. 1,4- 2,1 og diametre på 100-1500 μια., som den foreliggende opfind-5 else især, men ikke udelukkende, angår.

Effektiviteten af en ovn ved fremstilling af glasperler er en funktion af (a) "opholdstiden" for partikler af knust glas i ovnen i relation til den energi, som tilføres til ovnen i dette tidsrum, (b) partiklernes vægtfylde og (c) 10 antallet og størrelsen af sådanne partikler pr. rumfangsenhed i ovnen. En partikel skal i løbet af "opholdstiden" have nået sin overgangstilstand, være formet til en perle og afkølet til en tilstand, hvor sammenklæbning og vedhængning undgås.

15 Der kendes talrige ovne til fremstilling af glasper ler. Således er der i GB patentskrit nr. 740.145, nr. 875.292 og nr. 984.655 og i US patentskrift nr. 2.947.115, nr.

3.151.965 og nr. 3.190.737 beskrevet adskillige ovnarrangementer med opadgående træk og et ovnarrangement med nedadgå-20 ende træk og et ovnarrangement (GB patentskrift nr. 984.655), som kun kan beskrives som en kombination af de to typer.

I de fleste af de kendte arrangementer er det indlysende, at en partikels "opholdstid" søges imødekommet ved udvælgelse af en lang eller høj, praktisk taget lineær flugt-25 bane for partiklen og ved tilvejebringelse af en ovn med en lang eller høj, flammenæret opvarmningszone, som fører til en hensigtsmæssig kølezone.

I det i GB patentskrift nr. 984.655 beskrevne apparat antager den flugtbane, som partiklerne tvinges til at følge, 30 imidlertid form af en fontæne, dvs. partikler udskydes opad og passerer derefter nedad under indflydelse af tyngdekraften indenfor de begrænsninger, som apparatet lægger på strømmen af forbrændte gasser, og de således dannede perler falder ned i et samletrug eller passerer udad i en radial, sinus-35 formet bane til samlebakker.

I GB patentskrift nr. 740.145 er der beskrevet en 3

DK 159388 B

lodret anbragt, rørformet kolonne, hvorindi partikler af knust glas indsprøjtes sammen med de brændbare gasser, idet partiklerne er indesluttet i og føres opad i de varme gasser.

En lille intens flamme dannes inden i en orienterbar, 5 opadstigende luftstrøm, og de opadstigende bærergasser passerer sammen med partiklerne/perlerne gennem kølezoner af voksende intensitet. Der er således en temperaturgradient opad i den kolonne, hvorigennem glaspartiklerne/perlerne tvinges til at passere.

10 Ekstra luft indledes gennem tangentielle tilgangsåb ninger ved kolonnens top, men dette er kun for at forøge hastigheden af de perler, som kan være ved at miste noget af deres hastighed.

Vedhængning undgås ved hjælp af et vibrationsorgan, 15 som er monteret på kolonnernes væg.

"Opholdstiden” af partikler/perler i ovnen ifølge GB patentskrift nr. 740.145 reguleres inden for snævre grænser ved indstilling af den hastighed, med hvilken partiklerne indsprøjtes i flammen ved kolonnens bund.

20 I GB patentskrift nr. 875.292 er der i fig. 1-3 be skrevet et apparat, som har en lodret anbragt ovn, hvortil en brændbar blanding af gas/luft ledes sammen med partikler af knust glas. De derfra resulterende perler passerer gennem en afkølingszone til en nedre samlebeholder eller gennem en 25 gaskanal i en øvre del af afkølingszonen til en cyklonseparator. Der er en temperaturgradient tværs over afkølingszonen lige oven over ovnen, hvor de varme gaser passerer ind i køleluften. Desuden er partiklernes/perlernes flugtbaner gennem afkølingszonen i dette apparat en funktion af perle-30 massen/vægtfylden og/eller en funktion af perlemassen/forbrændingsgashastigheden .

I et andet apparat, som er vist i fig. 6 og 8 i GB patentskrift nr. 875.292, er der et arrangement af brændere 51, som er indstillet til at give de forbrændte gasser i 35 ovnarealet en spiraldannende virkning, som har tilbøjelighed til at bringe ligevægt i temperaturen gennem hele ovnen. En 4

DK 159388 B

afkølingszone er tilvejebragt umiddelbart over ovnen. Luft får lov at komme ind i apparatet ved tilgangsåbninger 76 under ovnen, se fig. 6, idet formålet med denne luft dels er at hjælpe på forbrændingen og dels at undgå vedhængning 5 af partiklerne/perlerne til ovnvæggene.

Perler dannet i dette apparat opsamles gennem en øvre røgkanal og en cyklonseparator.

Temperaturgradienten i dette apparat ses igen at afhænge af højden i apparatet, dvs. den er praktisk taget 10 colineær med partiklerne/perlernes flugtbane. Det er i begge apparater en indlysende temperaturgradient tværs over ovnene på grund af de centralt forbrændte gasser og den koldere luft ved væggene, men hovedstrømmen af gasser og partikler/-perler er imidlertid opad.

15 Den i US patentskrift nr. 3.190.737 beskrevne ovn er i princippet en ovn med opadgående træk og omfatter indbyrdes forbundne, cylindriske kamre i en åben teleskopkonfiguration, hvorigennem en brændbar blanding af gas/luft og partikler/-perler ledes sammen med en opadstigende strøm af luft ved 20 kamrenes periferi. Luften tilledes gennem tangentielle åbninger, hvor de i teleskopform anbragte kamre støder sammen, og hvirvler opad imod kamrenes vægge for at forhindre sammenklæbning og vedhængning. Der er tilsigtet, at flammen fra de brændbare gasser skal tilvejebringe opvarmning gennem 25 ovnens hele længde, og partiklerne/perlerne tvinges til at forblive i det væsentlige i ovnens centrale region, og i virkeligheden skubbes partiklerne/perler, som eventuelt er kommet på afveje, tilbage i midten ved indvirkningen af den hvirvlende luftpude.

30 Alle ovenstående arrangementer indebærer en lang "opholdstid", og partiklernes/perlernes lange "opholdstid” vil føre til uønskeligt høje kraftforbrug.

Opfindelsen har til formål at gøre partiklernes/perlernes "opholdstid" kortere og dermed kraftforbruget mindre 35 end ved den ovenfor nævnte, kendte teknik.

Den foreliggende opfindelse angår nærmere bestemt en 5

DK 159388 B

fremgangsmåde til fremstilling af glasperler, hvilken fremgangsmåde omfatter trinene: a) en første brændbar gas eller en blanding af gasser ledes ind i et stort set cylindrisk kammer, 5 b) denne første gas antændes til dannelse af en flamme af en størrelse og med en temperatur, som er tilstrækkelig til at smelte glaspartikler, som ledes ind deri, c) en strøm af en anden, oxiderende gas eller en blanding af gasser ledes ind i kammeret stort set tangentielt 10 til kammervæggen, og d) partikler af glas eller glasdannende materialer ledes ind i flammen, og den her omhandlede fremgangsmåde er ejendommelig ved, at den anden gas eller gasblanding bevirker at flammen 15 hvirvler på samme måde som i en hvirvelstrøm, og tilvejebringe en afkølingszone af gas, som omgiver flammen, og at partiklerne af glas eller glasdannende materiale kommer ind i den hvirvlende flamme på en sådan måde, at partiklerne når flammen ved eller i nærheden af dens centrum og følger en 20 spiralformet bane gennem flammen i et tidsrum, som er tilstrækkeligt til dannelse af en perle, hvorefter perlen fortsætter gennem afkølingszonen, hvor den hærdner, før den når kammervæggen, hvorved opholdstiden til perledannelse nedsættes, hvorefter perlerne opsamles.

25 Fortrinsvis har temperaturprofilen tværs gennem kamme ret almindeligvis form som en høj hat og udviser en temperatur på over 10008C i opvarmningszonen, hvorved partiklerne danner glasperler, og en temperatur på under 500°C i en afkølingszone.

30 I et eksempel, hvor den første gas er propan/luftblan ding, er opvarmningszonens temperatur over 10008C, og afkølingszonens temperatur er under 3008C, fortrinsvis under 150 °C.

I et andet eksempel, hvor en propan/luft/oxygenblan-35 ding anvendes som primær gas, er de tilsvarende temperaturer over 1500°C og under 5008C, fortrinsvis 2008C.

6

DK 159388 B

Den foreliggende opfindelse angår tillige et apparat til fremstilling af glasperler ved den ovenfor beskrevne fremgagnsmåde, til hvilket apparat der hører et stort set cylindrisk kammer, flere dyser anbragt i et stort set cirku-5 lært mønster rundt om aksen af kammeret og egnet til at lede den første gas ind i kammeret, et antændelsesorgan, en afgang for udstødningsgasser og et organ til indsprøjtning af partiklerne af glas eller glasdannende materiale ind i kammeret og mindst én afgangsåbning, som er placeret i kam-10 mervæggen for at opsamle glasperlerne, og det her omhandlede apparat er ejendommeligt ved, at der findes mindst én tilgangsåbning, som er tangentialt placeret i kammerets periferivæg til tilledning af den anden gas til kammeret under tryk, og at organet til indsprøjtning af partikler åbner 15 sig ind mod kammeret i samme ende som dyserne ved eller nær ved disse og rettet mod kammerets akse.

Fortrinsvis er kammeret anbragt med sin akse praktisk taget lodret, dyserne er ved kammerets nedre ende, og gastilgangen er coaksial med kammeret ved dettes øvre ende.

20 En foretrukket udførelsesform for et hvirvelstrømsovn apparat, som er egnet til fremstilling af glasperler ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, skal nu som et eksempel beskrives under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 er et skematisk sidebillede af et hvirvel-2 5 strømsovnapparat, fig. 2 er et forstørret tværsnit gennem et brænderaggregat i apparatet i fig. 1, fig. 3 er et forstørret tværsnit gennem en materialeindsprøjtningsdyse i apparatet i fig. 1, 30 fig. 4 er et skematisk planbillede af ovnkammeret i apparatet i fig. 1 og viser strømningsbanen af en partikel inden i kammeret, fig. 5 er et skematisk sidebillede svarende til fig.

4, og 35 fig. 6 er et diagram, som viser temperaturprofilen i ovnkammeret under to forskellige sæt driftsbetingelser.

DK 159388 B

O 7

Tegningen viser et hvirvelstrømsovnapparat specielt til fremstilliingen af glasperler. Hovedbestanddelene af apparatet er en ovn 1, et brænderaggregat og en gastilførsel, som alment er betegnet med 2, og et materialetilførselsappa-5 rat, som alment er betegnet med 3.

Ovnen 1 er. et praktisk taget cylindrisk kammer 10, hvis nedre endevæg 12 omfatter et centralt hul, hvori et brænderaggregat 13 er anbragt. Til kammerets periferivæg 14 er der fæstnet fire tangentielt anbragte lufttilgange 16 10 placeret i to diametralt modsatte par, et i den øvre halvdel af kammeret 10 og et i den nedre halvdel. Tilgangene 16 tilspidser bagud til rør 17, som via et forgreningsrør (ikke vist) er forbundet til en kilde 18 for sekundær luft. Kilden 18 kan være en pumpe af kendt type med egnede organer til kontrol med hastigheden af luftstrøm til tilgangene 16.

En inspektionsåbning 20 er tilvejebragt i væggen .14 i kammeret, og det samme er en åbning 21, hvorindi der kan sættes et termoelement til måling af temperaturen inden i kammeret 10. En afgangsåbning 22 for glasperler er til- 20 vejebragt i den nedre endevæg 12 ved dennes periferi, og der er yderligere afgangsåbninger 22' rundt ved kammerets periferi.

En øvre endevæg 23 i kammeret omfatter en centralt anbragt røgkanal 24, hvis diameter beregnes på den måde, som 25 er beskrevet i det følgende. I røgkanalen 24 er der anbragt en stopplade 25 til tilvejebringelse af en ringformet afgang 26 for gasser fra kammerets, og en ekstraktorenhed 27 er anbragt over røgkanalen. Kammeret 10 er monteret på ben 28. Kammeret er fremstillet af blødt stål og har omtrent samme 30 diameter og højde.

Brænderaggregatet 13, som skal beskrives mere detaljeret i det følgende, har en tilgang 30 for en gas/luft-blan-ding, som skal forbrændes. Gassen og luften blandes i en blandeventuri 31, hvortil luft (primær luft) tilføres ved 35 hjælp af en pumpe 32 eller et andet egnet organ. Forbrændingsgassen, sædvanligvis propan, ledes til venturiorganet δ

DK 159388B

o 31 gennem en ledning 34, som omfatter ventiler og organer 35 af kendt type til kontrol med og måling af strømmen. Ledningen 34 omfatter tillige en afbryderventil 36, som automatisk lukkes og derved afbryder gastilførslen, såfremt vis-5 se dele af systemet svigter. Dette forhindrer opsamling af uforbrændt gas i kammeret. Ventilen 36 lukker, såfremt a) tilførslen af primær luft svigter, b) tilførslen af sekundær luft svigter, c) flammen svigter, hvilket opdages ved hjælp af en ultravioletfølsom fotocelle 38 i kammerets peri-10 ferivæg.

Som vist i fig. 2 omfatter brænderaggregatet 13 to koncentriske rør 41 og 42, til hvis øvre ende der er svejset ringformede flanger 43 og 44. Flangen 43 omfatter en cirkulær, opstående vægdel 45, ved hjælp af hvilken brænder-15 aggregatet er fæstnet til den nedre endevæg 12 af kammeret.

Røret 42, som er åbent ved sin øvre ende, rager op over flangen 43, således at der dannes et ringformet kammer 46 mellem de to flanger rundt om røret 42. En cylindrisk vægdel 47, som udgår fra flangen 44 og ligger an mod flangen 43, lukker 20 kammeret 46 af og omfatter et antal gasafgangsdyser 48.

Der kan være ca. 30 dyser 48, som er anbragt rundt langs vægdelen 47, og som er åbne gennem væggen i en vinkel på ca. 45° i forhold til aksen af rørene 41 og 42 som vist i fig. 2. Røret 41 er lukket ved sin nedre ende rundt om 25 røret 42, således at der er afgrænset en ringformet passage 49, hvorigennem den gas/luft-blanding, som kommer ind gennem tilgangen 30, passerer. Den nedre ende af røret 42 er forbundet til materialetilførslen, som det er beskrevet i det følgende.

30 Et gnistorgan (ikke vist) er fæstnet til brænder aggregatet til antænding af gas/luft-blandingen, og både gnistorganet og strømmen af primær luft og gas fjernkontrolleres fra kontrolpanelet 50.

Glasaffald eller det materiale, som skal behandles 35 i ovnen, tilføres fra materialetilførselsapparatet 3. Appa-ratet 3 omfatter en styrttragt 51, som kontinuerligt fører

DK 159388 B

O

9 glasaffald til et strømningskontrolorgan 52, som tillader varieret tilførsel ved rystning. Rystetilførselsorganet 52 afmåler strømmen af affald til en roterende ventil 53 (drevet af en motor 55), som tømmer affaldet ud i et ven-5 turikammer 54. I kammeret 54 indesluttes affaldet i en strøm af komprimeret luft, som tilføres fra en ledning 56, og transporteres derved gennem en ledning 57 til røret 42.

Under betingelser med høj materialestrømningshastighed kan venturikammeret arbejde med et positivt mano-10 metertryk, idet den roterende ventil virker som et organ til kontrolleret utæthed. Der kan være tilvejebragt et organ til en anden lufttilførsel til venturikammeret, hvilket organ ender med en fluidisator, for at hjælpe på materialestrømningen.

15 Den roterende ventil, venturikammeret og rørene er konstrueret eller specificeret til drift ved op til 300°C. Dette vil tillade forvarmning af det formalede glas.

Lufttilførslens tryk og strømningshastighed er defineret af rørdiametren og den nødvendige glastilførsels-20 hastighed. Et uafhængigt system er nødvendigt til kontrol med højden af "fontænen" af glas, og dette er illustreret i fig. 3. Den øvre ende af røret 42 er en smule udadbuet, og en afbøjningskegle 58 er anbragt (med toppen nedad) tæt ved rørets åbne ende. For at forhindre en tilbøjelighed 25 hos affald, som passerer op i røret 42, til at blive lokaliseret i ét areal af røret er en kilde 59 til luft under tryk forbundet til en åbning 60 i røret 42. Denne sekundære lufttilførsel kommer ind i røret i en passende vinkel, som bevirker, at luften i røret 42 hvirvler, hvorved det sikres, 30 at affald kommer ud fra røret 42 rundt langs hele rørets omkreds og bliver spredt jævnt i flammen.

Driften af hvirvelstrømsovnen er som følger. Lufthvirvelstrømmen skabes af den tangentielle luftstrøm, som kommer ind i det cylindriske kammer 10 gennem to par dia-35 metralt modsatte lufttilgange 16.

0 10

DK 159388 B

Med flammeoprindelsen i kammerets bund skabes der en central, meget varm og skarpt afgrænset, cylindrisk hvirvelstrømsflamme A, og denne udgør behandlingsapparatets centrale opvarmningszone. Den indkommende sekundære luftstrøm 5 skaber en ydre region af kold luft B, som udgør kølezonen. Denne omgiver fuldstændigt hvirvelstrømmens centrale, varme region. Glaspartikler sprøjtes ind i kammeret fra centrum af apparatets bund og får lov at blive medrevet i hvirvelstrømmen. Partiklernes moment og de centrifugalkræfter, som 10 virker på partiklerne, bevirker, at de følger en spiralbane C opad og udad fra bunden af behandlingsapparatet (fig. 4 og 5). Medens de følger denne spiralbane gennem kammeret, passerer partiklerne først gennem den centrale opvarmningszone, hvor de opnår en temperatur på ca. 1000°C, smelter og af-15 rundes ved hjælp af overfladespændingsvirkninger. Partiklerne passerer direkte ud i den omgivende kølezone, hvor de størkner og bliver faste glaskugler, før de rammer behandlingsapparatets væg og enten falder ned på behandlingsapparatets bånd eller passerer ud af kammeret gennem åbnin-20 gerne 22'. Under hele processen forbliver glaspartiklerne adskilte, og de kolliderer ikke med hverandre eller med nogen del af behandlingsapparatet, før de er kolde og størknede, når de falder ned på bunden til opsamling gennem afgangen 22. Der kan i kammeret 10 være tilvejebragt ledepla-25 der for at dirigere de behandlede perler hen imod afgangen 22. Flammen skabes fra brænderaggregatet, som er anbragt centralt på kammerets bund. Gasstrømmen kontrolleres ved hjælp af konventionelt strømningsmåleapparatur, og der anvendes en blanding af propan, naturgas eller en anden egnet 30 brandbar gas og luft. Gas/luft-strømningskontrollen tillader, at forholdet mellem gas og luft varieres efter behov.

Det vil forstås, at den primære luft i forvejen blandes med gassen til forbrænding, medens den sekundære luft, som tilføres til de tangentielle lufttilgange, skaber 35 hvirvelstrømmen og kompletterer oxygenbehovet til forbrænding.

11

DK 159388 B

o

To adskilte flammebetingelser kan skabes i kammeret 10, og disse betegnes som arbejdsmåden med fri og med fik-seret hvirvelstrøm. Begge flammetyper skabes fra samme eller lignende brænderaggregater og under lignende aerodyna-5 miske betingelser i kammeret. De kritiske faktorer, som bestemmer, hvilken af de to der vil skabes, er: i) gasstrømningshastighed, ii) konstruktionen og dimensionerne af røgkanal og brænder.

To adskilte regioner identificeres i hvirvelstrøms-10 kammeret, og disse er rumfangene med fri og med fikseret hvirvelstrøm. Den centrale region af kanoneret 10, hvis diameter er defineret ved diametren af røgkanalen 24, er rumfanget med fikseret hvirvelstrøm. Det ringformede rumfang, som omgiver denne region, og som strækker sig ud til kammer-15 væggen, defineres som rumfanget med fri hvirvelstrøm.

Det efterfølgende opsummerer det karakteristiske for hver af de to flammebetingelser og de respektive krav til dem.

Betingelsen med fri hvirvelstrøm er mindre specifik 20 i sine krav. Denne arbejdsmåde er identificeret ved en mere begrænset, stærkt turbulent og intens flamme med store var-mefrigørelseshastigheder. Den opnås over et bredt område af gasstrømningshastigheder og har højere rotationshastighed. Flammediameteren er bestemt af diameteren af brændergasaf-25 gangene 48. Til skabelse af en fri hvirvelstrøm skal denne diameter være større end diameteren af kammerrøgkanalen. Flammeskabelsen finder sted i kammerets ydre, frie hvirvelstrømsrumfang. Denne type flamme kan skabes med eller uden primær luft forblandet med brændstofgas og tilvejebringer 30 en aksialt kompakt opvarmningszone med høj rotationshastighed, som er mindre egnet til fremstillingen af glasperler.

Arbejdsmåden med fikseret hvirvelstrøm er mere specifik i sine krav. Den er identificeret som en meget bred, mindre turbulent, men meget varm flamme med lavere varme-35 frigørelseshastigheder. Flammediameteren er bestemt af røg-kanaldimensionerne og vil normalt være ca. 90% af røgkanal-

O

12

DK 159388 B

diameteren. Flammediameteren er yderst følsom overfor røg-kanaldimensionerne, og en snæver røgkanal vil resultere i en snæver flamme med fikseret hvirvelstrøm, selv ved høje gasstrømningshastigheder.

5 Med en bred røgkanalåbning, f.eks. 80S af kammerdia- meteren, og en tilstrækkelig gasstrømningshastighed vil der opnås en bred, fikseret hvirvelstrømsflamme. Flammen kan være 70S af kammerets diameter. Flammediameterens følsomme natur er illustreret af den kendsgerning, at flammediame-10 teren, hvis den brede røgkanaldiameter er dækket af en snæver ekstraktenhed 27, som er anbragt for tæt på toppen af hvirvelstrømskammeret, vil være bestemt af ekstraktoråbnin-gens diameter og ikke af kammerrøgkanalens diameter .^Arbejdsmåden med fikseret forbrænding stabiliseres i det viste kam-15 mer 10 ved hjælp af en med prop forsynet eller ringformet røgkanal. Den cirkulære plade 25, som er anbragt centralt ved bunden af røgkanalskorstenen, skaber en ringformet røgkanal 26, og dette har vist sig at stabilisere betingelsen med fikseret hvirvelstrøm. Pladen vil typisk have en dia-20 meter, som er ca. 80% af røgkanalåbningens diameter.

Denne type hvirvelstrømsflamme opnås lettere med en primær lufttilførsel, som tilvejebringer en gas/luft--blanding til forbrænding. Flammediameteren er bestemt af røgkanalgeometrien og ikke af brænderdimensionerne.

25 Den fikserede arbejdsmåde skaber opvarmnings- og af kølingsbetingelser, som er ideelle til dannelsen af glasperler. En typisk temperaturprofil, som opnås for arbejdsmåden med fikseret hvirvelstrøm i kammeret 10, er vist i fig. 6 og mærket P.

30 Ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen til fremstilling af glasperler følges følgende trin: a) en reguleret strøm af brændbar gas ledes ind i kammeret 10 via gastilførselsorganet 2, b) gassen antændes til dannelse af en koncentreret cylinder 35 af flamme i den nedre del af kammeret 10,

O

DK 159388B

13 c) en reguleret luftstrøm ledes ind i kammeret 10 via de tangentielle åbninger 16 for at bidrage til dannelsen og formen af flammen ved at bevirke, at flammen hvirvler på samme måde som en hvirvelstrøm, idet luftstrømmen til-5 lige tilvejebringer en afgysningszone af hvirvlende, tur bulent gas, som omgiver flammen og har en temperatur, som nærmer sig stuetemperatur, d) en reguleret mængde glasaffald ledes med en forudbestemt indsprøjtningshastighed ind i eller hen imod centret af· 10 den hvirvlende cylinder af flamme gennem indsprøjtnings røret 42 på en sådan måde, at partiklerne indesluttes i hvirvelstrømmen og tvinges til at følge den skrueformede spiralbane C, som strækker sig opad og udad i kammeret hen imod dettes periferivæg, idet partiklerne opholder 15 sig i den hvirvlende flamme i et tidsrum, som er til strækkeligt til, at de bliver kugleformede til dannelse af en perle, hvorefter perlen passerer ind i afgysnings-zonen, hvor perlen udsættes for kølevirkninger, som hærder perlens ydre hud, således at det undgås, at perlerne 20 klæber sammen, ligesom det undgås,, at perlerne hænger ved ovnkammerets væg, og e) perlerne udvindes enten fra åbningerne 22' i kammeret 10, hvor de først samler sig efter at have ramt kammerets væg, eller udvindes fra kammerets bund, hvorned de fal- 25 der efter kugledannelse og størkning.

Det vil forstås, at de mindre partikler i affaldet har tilbøjelighed til at følge lavere, kortere strømningsbaner inden i kammeret 10 og har en kortere opholdstid end de større partikler.

30 De perler, som er fremstillet i den ovenfor beskrevne ovn ved den netop beskrevne fremgangsmåde, er ved sammenligning med perler, som er opnået ved kendte, kommercielle fremstillingsmetoder, gunstigere. Der er også den yderligere fordel, at perlerne er fremstillet med en energitilførsel pr.

35 rumfangsenhed producerede perler, som er væsentlig lavere end brændstofforbruget ved kendte produktionsmetoder. I

O

14

DK 159388 B

virkeligheden kan der forventes brændstofbesparelser på over 50-75% ved den beskrevne fremgangsmåde, afhængigt af den perle, som skal fremstilles, ved sammenligning med kendte metoder til fremstilling af glasperler.

5 Yderligere brændstofbesparelser kan opnås ved at foropvarme glasaffaldet til en temperatur på ca. 200-300°C. Affaldet kan opvarmes på denne måde ved anvendelse af de varme røgkanalgasser og et hensigtsmæssigt varmevekslersystem.

I et eksempel på et kammer med en diameter på 1 m 10 og en højde på 1 m, hvorind! der ledes en propan/luft-blanding, ligger driftsvariabierne i følgende intervaller gasstrømningshastighed: 1400-14.000 liter/min.

primær luftstrømningshastighed: 280-7000 liter/min.

sekundær luftstrømningshastighed: 5600-56.000 liter/min.

15 (1400-14.000 liter/min/- tilgang) flammetemperatur: som vist ved linien P i fig. 6 flammebredde: 10 cm - 90 cm 20 glasperleproduktionshastighed: op til 20 kg/min.

Ved anvendelse af dette kammer i et specielt eksempel behandles 2,04 kg glasaffald gennem kammeret, medens 85 liter propan forbrændes. Der fremstilles 2,00 kg glasperler, hvoraf 95% er kugler, og 5% er flammepolerede par-25 tikler eller partikler af affald, som ikke er blevet omdannet til perler. Energiforbruget er ca. 3,6 MJ/kg perler.

Den ved linien P i fig. 6 viste temperaturprofil er særlig egnet til fremstilling af glasperler ud fra affald, men højere temperaturer kan let opnås i kammeret 10. Dette 30 kan opnås enten ved foropvarmning af tilførslen af primær eller sekundær luft eller ved forøgelse af oxygenindholdet i den primære lufttilførsel ved tilsætning af rent oxygen til forbrændingsgasserne forud for forbrændingen.

Ved anvendelse af oxygenberigelse af hvirvelstrøms-35 flammen er der blevet skabt temperaturer på ca. 2000°C. En typisk temperaturprofil, som er opnået ud fra denne type

DK 159388 B

O

15 flamme, er vist i fig. 6 og mærket T. De aerodynamiske betingelser i kammeret er identiske med de ovenfor beskrevne.

Med undtagelse af den langt større temperaturstigning hen over flammegrænsen er flammeegenskaberne i alt væsentligt 5 identiske med dem, som er beskrevet for flammen med fikseret hvirvelstrøm.

Høje forbrændingstemperaturer vil begunstige en langt hurtigere varmeoverføring til eventuelt indesluttet materiale, og der vil blive opnået større opvarmningshastigheder.

10 Medens 1000°C kan være den minimale temperatur for resultatrig drift af fremgangsmåden, kan den optimale driftseffektivitet meget vel opnås ved højere driftstemperaturer, f.eks. 1400°C. Det er blevet påvist, at indstilling af hvirvelstrømstemperaturen kan opnås ved regulering af oxygenind-15 holdet i gas/luft-forblandingen. Forøgelse af oxygenindholdet tillader en stilling af hvirvelstrømstemperaturen til skabelse af temperaturer på f.eks. 14:00°C, 1600°C eller 1800°C. Maksimale temperaturer på ca. 2000-2500°C kan forventes ved det støkiometriske oxygenbehov med primær luft-20 opvarmning under anvendelse af propan.

Anvendelse af højere hvirvelstrømstemperaturer har de yderligere fordele af højere produktionshastigheder, og/-eller de tillader en formindskelse i behandlingskammerdimensionerne.

25 De højere temperaturer kan også anvendes til dan nelse af perler ud fra glasdannende materialer i stedet for glasaffald.

En række oxider, både metalliske og ikke-metalliske, har glasdannelsesegenskaber. Det mest almindelige og det kom-30 mercielt mest værdifulde er silica, SiO^, som anvendes som det grundlæggende, glasdannende oxid i de fleste kommercielle glasser.

Ved en fremgangsmåde til fremstilling af glas opvarmes oxid til temperaturer over dets smeltetemperatur, ind-35 til det er fuldstændig smeltet, hvorefter det afkøles eller afgyses hurtigt. Med nogle oxider vil der, forudsat at kø-

O

16

DK 159388 B

lingen er tilstrækkelig hurtig, opnås et glas. Med ikke--glasdannende oxider vil oxidet blivet opnået i krystallinsk form. Langsommere køling af alle oxidsmelter vil altid resultere i krystallisation. Afkølingshastigheden er derfor 5 kritisk ved dannelsen af glasser ud fra oxidsmelter. Glasser beskrives på forskellig måde som glasagtige, amorfe eller ikke-krystallinske. Den vigtige egenskab er fraværelsen af krystallinitet i deres struktur. Glasser og krystallinske materialer skelnes let fra hinanden ved undersøgelse af 10 deres respektive fysiske egenskaber, især deres optiske egenskaber og diffraktionsegenskaber. Alle glasser er termodynamisk metastabile og vil altid med tiden eller ved varmebehandling vende tilbage til deres mere stabile krystallinske former, f.eks. er den stabile krystallinske form 15 af silica kvarts.

Af alle de rene oxidglasser er silica glas det, som dannes lettest, og som mindst hurtigt afglasses eller krystalliseres. Som sådan kan der sættes forholdsvis store mængder af oxiderne til silica med bibeholdelse af glasdannelse-20 egenskaberne. Kommercielt glas indeholder ca. 30 vægt-% soda (Na20) og kalk (CaO), det såkaldte soda-kalk-silicaglas.

Andre oxider kan tilsættes til opnåelse af glasser med forskellige egenskaber, f.eks. titandioxid (TiC>2) eller blyoxid (PbO) til forøgelse af brydningsforholdet og 25 vægtfylden, aluminiumoxid (Al203) til forøgelse af blødgø-ringstemperaturen og sejheden, jernoxider (Fe203) til indføring af farve, osv.

Den ovenfor beskrevne fremgangsmåde er ved anvendelse af temperaturprofilen T egnet til fremstilling af perler 30 ud fra glasser med en vilkårlig af de ovenfor omtalte sammensætninger .

Ved anvendelse af en højtemperaturproces er det muligt, at glasperler kan dannes ud fra knust kvarts eller direkte ud fra et kvartssand eller kvartsrigt sand med en 35 passende partikelstørrelse og kvalitet.

DK 159388 B

O

17

Smeltepunktet for kvarts (1632°C) ligger et godt stykke indenfor det temperaturområde, som kan opnås med enten oxygenberigelse eller luftforvarmning.

Perler, som er fremstillet ud fra et rimeligt rent 5 kvarts, ville i praksis være rent silicaglas og ville som sådant have en væsentlig kemisk og fysisk holdbarhed.

Ved gennemførelse af fremgangsmåden til perlefremstilling under anvendelse af ovnen Opnås, at perlerne produceres med effektiviteter, som er væsentligt meget bedre end 10 dem, som er til rådighed i kendte ovne. Dette er er resultat af en kombination af omstændigheder, herunder: a) den forøgede forbrænding af gasblandingen inden i kammeret, faktisk antages det, at betingelserne nærmer sig dem, som antages som ideelle for forbrænding af gasser, 15 b) varmeoverføringsegenskaberne af. de turbulente betingelser inden i ovnen, hvilke betingelser muliggør en hurtig og effektiv overføring af varme fra ovnatmosfæren til glas-partikler, c) den aerodynamiske kontrol med strømningsbanen for perler 20 inden i kammeret, nemlig i. små perler har lave og korte strømningsbaner, og ii. store perler har høje og lange strømningsbaner, d) tætheden af perlefordelingen inden i ovnen kan forøges dramatisk, dvs. perlerne kan være langt nærmere ved hver- 25 andre, fordi perlernes strømningsbaner er så kontroller bare, og dette opnås uden at forøge faren for kollision mellem partikler og perler, hvorved faren for gensidig sammenklæbning af partiklerne og perlerne undgås, e) de overlegne køleegenskaber af det lufttæppe, som er til- 30 vejebragt tæt ved kammerets periferivæg, hvorved i. der sker en hurtigere afkøling af perlerne, og ii. vedhængning af perler på ovnvæggen undgås, og f) tilvejebringelsen af "høj hat"-temperaturprofilen diametralt fordelt tværs over ovnen, når den er i brug.

35

Claims (16)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af glasperler, hvilken fremgangsmåde omfatter trinene: a) en første brændbar gas eller en blanding af gasser 5 ledes ind i et stort set cylindrisk kammer, b) denne første gas antændes til dannelse af en flamme af en tilstrækkelig størrelse og en temperatur som er tilstrækkelig til at smelte glaspartikler, som ledes ind deri, c) en strøm af en anden, oxiderende gas eller blanding 10 af gasser ledes ind i kammeret stort set tangentielt til kammervæggen, og d) partikler af glas eller glasdannende materialer ledes ind i flammen, kendetegnet ved, at den anden gas eller gasblanding bevirker, at flammen hvirvler 15 på samme måde som en hvirvelstrøm og tilvejerbinger en afkølingszone af gas, som omgiver flammen, og at partiklerne af glas eller glasdannende materiale kommer ind i den hvirvlende flamme på en sådan måde, at partiklerne når flammen ved eller i nærheden af dens centrum og følger en spiralfor- 20 met bane gennem flammen i et tidsrum, som er tilstrækkeligt til dannelse af en perle, hvorefter perlen fortsætter gennem afkølingszonen, hvor den hærdner, før den når kammervæggen, hvorved opholdstiden til perledannelse nedsættes, hvorefter perlerne opsamles.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net ved, at kammeret anbringes med sin akse stort set lodret, glaspartiklerne indsprøjtes opad fra den nedre ende af kammeret, og perlerne udvindes, ved at de falder til denne lavere ende, hvor de opsamles.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net ved, at den første gas er en blanding af en brændbar gas og luft, og at den anden gas er luft.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den brændbare gas er propan.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net ved, temperaturprofilen tværs gennem kammeret stort DK 159388 B set har samme form som en høj hat og udviser en temperatur på over 1000°C i opvarmningszonen, hvorved partiklerne danner glasperler, og en temperatur på under 500°c i en afkølingszone.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kendeteg net ved, at opvarmningszonens temperatur er over 1000°c, og at afkølingszonens temperatur er under 300°C.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kendetegnet ved, at opvarmningszonens temperatur er over 1500’c, . 10 og at afkølingszonens temperatur er under 500°C.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet ved, at den første gas er en blanding af propan, luft og oxygen.

9. Apparat til fremstilling af glasperler ved frem-15 gangsmåden ifølge krav 1, til hvilket apparat der hører et stort cylindrisk kammer (10), flere dyser (48) anbragt i et stort set cirkulært mønster rundt om aksen af kammeret (10) og egnet til at lede den første gas ind i kammeret, et antændingsorgan, en afgang (26) for udstødningsgasser og et organ 20 (3) til indsprøjtning af partikler af glas eller glasdannende materialer ind i kammeret og mindst én afgangsåbning (22), som er placeret i kammervæggen for at opsamle glasperlerne, kendetegnet ved, at der findes mindst én tilgangsåbning (16), som er tangentialt placeret i kammerets 25 periferivæg (14) til tilledning af den anden gas til kammeret under tryk, og at organet (3) til indsprøjtning af partikler åbner sig ind mod kammeret i samme ende som dyserne (48), ved eller nær ved disse og rettet mod kammerets akse.

10. Apparat ifølge krav 9, kendetegnet 30 ved, at kammeret (10) er anbragt med aksen stort set lodret, at dyserne (48) er ved kammerets nedre ende, og at gasafgangen (26) er coaksial med kammeret ved dettes øvre ende.

11. Apparat ifølge krav 9 eller 10, kendetegnet ved, at glaspartikelindsprøjtningsorganet (3) omfatter 35 et rør (42), som åbner sig aksialt ind i kammeret (10) midt imellem dyserne (48). DK 159388 B

12. Apparat ifølge krav 9 eller 10, kendetegnet ved, at der er fire tilgangsåbninger (16) for sekundær gas, hvilke åbninger er anbragt i to diametralt modsatte par.

13. Apparat ifølge krav 10, kendetegnet 5 ved, at diameteren af gasafgangen (26) er mindst 50% af diameteren af kammeret.

14. Apparat ifølge krav 9, kendetegnet ved, at det omfatter et organ (2) til tilførsel af den første gas, hvilket organ omfatter en strømningskontrolventil (35).

15. Apparat ifølge krav 9, kendetegnet ved, at injektoren omfatter et rør (57), hvorigennem komprimeret luft blæses, og hvorindi partiklerne ledes.

16. Apparat ifølge krav 15, kendetegnet ved, at injektororganet yderligere omfatter en roterende 15 ventil (53) til afmåling af partikelfødestrømmen.