FR2528031A1 - Procede et dispositif pour la fabrication de perles vitreuses arrondies - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA FABRICATION DE PERLES VITREUSES ARRONDIES. UN PREMIER COMPOSANT D'UN MELANGE GAZEUX COMBUSTIBLE ENTRAINANT DES PARTICULES DE MATIERE FORMANT LES PERLES EST PROPULSE LE LONG D'UN CONDUIT 4, UN SECOND COMPOSANT GAZEUX EST INTRODUIT TRANSVERSALEMENT DANS CE CONDUIT AU TRAVERS D'ORIFICES 9 PERCES DANS SA PAROI PERIPHERIQUE ET LES GAZ MELANGES CONTENANT LES PARTICULES SONT SOUMIS A DES FORCES FAVORISANT DAVANTAGE LEUR MELANGE INTIME AVANT D'ATTEINDRE LA TETE DU BRULEUR OU ILS SONT BRULES. L'INVENTION EST UTILE DANS LA FABRICATION DE PERLES VITREUSES PLEINES OU CELLULAIRES.

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrica-

tion de perles vitreuses arrondies dans lequel des particules de matière formant les perles, entraînées dans un courant gazeux ayant des composants comburants et combustibles, sont projetées depuis une tête de brûleur et dans lequel le gaz est brûlé L'invention com-

prend un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé.

On a proposé différents modes de fabrication de perles vitreuses et, parmi ceux-ci, on peut citer celui décrit dans la demande

de brevet français 1 161 396 (Centre National de la Recherche Scien-

tifique) Ainsi qu'on le décrit dans cette demande de brevet, de l'air entraînant des particules génératrices des perles alimente une chambre de combustion via une tête de brûleur Cet air est amené par un conduit qui est entouré de deux autres conduits concentriques véhiculant chacun un mélange air/gaz combustible Afin de favoriser le mélange entre le courant d'air entraînant des particules et les courants gaz/air, le conduit qui entoure immédiatement le conduit central est conformé de manière à provoquer le tourbillonnement du mélange air/gaz s'écoulant le long de ce conduit au moment o il émerge de la tête du brûleur On a trouvé cependant que le mélange Zo dans la chambre de combustion n'est pas efficace et que les particules formant les perles tendent encore à être entraînées dans un courant d'air central qui est entouré par un mélange combustible Il en résulte que lorsque le gaz est brûlé, les particules externes tendent à protéger les particules internes de la chaleur produite et le taux de perles bien

conformées n'est pas aussi élevé qu'on le souhaiterait.

Un des objets de la présente invention est de fournir un

procédé plus efficace de production de perles vitreuses arrondies.

La présente invention fournit un procédé de fabrication de perles vitreuses arrondies dans lequel des particules de matière

formant les perles, entraînées dans un courant gazeux ayant des com-

posants comburants et combustibles, sont projetées depuis une tête de brûleur et dans lequel le gaz est brûlé, caractérisé en ce qu'un premier

composant du mélange gazeux combustible portant des particules en-

trainées est propulsé le long d'un conduit menant à une tête de brûleur, un second composant gazeux est introduit de force transversalement à l'intérieur du conduit au travers d'au moins un orifice percé dans sa paroi périphérique et en ce que les gaz mélangés, dans lesquels les particules sont entraînées, sont soumis à des forces favorisant

davantage leur mélange intime avant d'atteindre la tête de brûleur.

Lorsqu'on procède selon l'invention, chaque particule individuelle de matière formant des perles sera entourée par la flam- me, de sorte qu'aucune ne sera protégée par d'autres et que toutes les particules seront dès lors soumises à un gradient de température substantiellement identique Puisque les perles seront toutes traitées

de la même façon, l'uniformité de la qualité du produit sera améliorée.

Les perles seront aussi chauffées plus rapidement On obtient un chauffage rapide parce que les gaz comburant et combustible sont intimement mélangés et dès lors la flamme produite sera plus dure et

plus chaude.

Grâce à l'obtention d'une flamme plus dure et plus chaude et du chauffage plus rapide qui en résulte, il est possible

d'obtenir des perles de bonne qualité en un temps plus court, c'est-à-

dire avec une flamme plus courte Le temps de séjour des particules dans la flamme peut être moins d'une demi-seconde, par exemple 0, 1 à 0, 2 seconde L'utilisation d'une flamme plus courte permet la réduction des dimensions de la chambre de combustion Egalement grâce au fait que la flamme est plus dure et plus chaude, il est possible de réduire la quantité spécifique de gaz combustible utilisée pour le

traitement d'une quantité donnée de matière formant des perles.

On peut utiliser de l'air comme comburant et on en

utilisera normalement un plus grand volume que celui de gaz combus-

tible On préfère dés lors que le dit premier composant du mélange gazeux qui entrarne les particules formant des perles soit constitué d'air.

Die préférence, de telles forces de mélange sont des for-

ces provoquant le tourbillonnement du mélange gazeux Ceci constitue un moyen très simple d'obtention de l'écoulement turbulent nécessaire

pour effectuer un mélange intime des composants gazeux.

Avantageusement, le dit premier composant gazeux est soumis à un changement de direction dans la zone o le dit second composant gazeux est introduit de force au travers du/des dit(s) orifice(s) De ce fait, la géométrie du dispositif utilisé peut provoquer

le tourbillonnement du mélange gazeux.

Dans les formes de réalisation préférées de l'invention, le dit changement de direction est imposé par une volute au moyen de laquelle le dit premier composant gazeux s'écoule à l'intérieur d'un tube de brûleur qui conduit à la dite tète du brûleur On a trouvé que

cette disposition est très favorable pour l'obtention d'un mélange inti-

me des composants gazeux Pour des raisons similaires, il est pré-

férable que le dit second composant gazeux soit introduit de force à l'intérieur d'une telle première volute via une seconde volute entourant la première On préfère que les deux volutes soient dirigées en sens opposés. Dans certaines formes préférées de réalisation de l'invention, un gaz qui, lors de la combustion du mélange, favorise l'échange thermique depuis la flamme résultante vers les particules formant les perles, est ajouté à au moins un des dits composants du mélange gazeux combustible La vapeur d'eau et le dioxyde de carbone sont des exemples spécialement préférés d'un tel gaz L'utilisation d'un tel gaz favorise l'efficacité de la formation de perles vitreuses arrondies Un tel gaz peut par exemple constituer jusqu'à Z O %, du

composant gazeux entraînant les particules.

En opérant selon la présente invention, il existe un risque qu'une faible proportion de particules de matière formant les perles puisse s'échapper de la flamme dure produite avant qu'elles ne soient chauffées de manière satisfaisante Afin de réduire ou de supprimer ce risque et de ce fait pour accroître encore le rendement et pour favoriser la production de perles de bonne qualité, on préfère

que le dit mélange gazeux combustible comportant des particules en-

trathées soit projeté depuis la dite tête de brûleur, tandis qu'il est entouré par un courant périphérique comprenant un second mélange gazeux combustible En raison de la présence de particules formant des perles dans le premier mélange gazeux combustible, la flamme due à ce mélange est atténuée L'emploi d'un second mélange gazeux combustible entourant le premier offre l'avantage supplémentaire

de maintenir une bonne propagation de flamme.

Afin que ce second mélange gazeux donne également naissance à une flamme chaude et dure, on préfère que le second mélange gazeux soit amené à une tête de brûleur auxiliaire qui entoure la dite première tête de brûleur sous forme de premier et second

composants d'une manière telle que définie ci-dessus pour ce qui con-

cerne le mélange gazeux entrarnant des particules, Après que les gaz mélangés dans lesquels des particules sont entraînées aient été soumis aux dites forces favorisant davantage leur mélange, on préfère faire passer le courant gazeux au travers d'un rétrécissement sur son trajet vers la tête de brûleur On a trouvé que cette disposition améliore la distribution des particules formant les perles dans le courant gazeux qui les entraîne et réduit également le risque que des particules de matière formant des perles puissent

s'échapper de la flamme avant qu'elles n'aient été chauffées de ma-

nière satisfaisante.

L'invention comprend un dispositif de fabrication de perles vitreuses arrondies par un procédé tel que décrit ci-avant,

lequel dispositif comprendune tête de brûleur et des moyens de cana-

lisation pour alimenter la tête de brûleur qui comprennent un premier conduit pour fournir à la dite tête de brûleur un premier composant d'un mélange gazeux combustible qui entraîne des particules formant des perles, et un second conduit pour introduire de force un second composant gazeux transversalement à l'intérieur du dit premier conduit au travers d'un ou de plusieurs ofifice(s) percé(s) dans sa paroi et de là transversalement à l'intérieur du tube de brûleur qui conduit à la

dite tête de brûleur, le dit second composant gazeux formant un mélan-

ge combustible avec le dit premier composant gazeux et les particules entraînées. Le dispositif selon l'invention comprend de préférence une ou plusieurs des caractéristiques facultatives suivantes:

a) le dit premier conduit se termine en une volute en-

tourant le dit tube de brûleur et le(s) dit(s) orifice(s) est/sont formé(s) dans une paroi de la dite volute; b) le(s) dit(s) orifice(s) est, /sont disposé(s) le long de la paroi périphérique extérieure de la dite volute; c) le dit second conduit se termine en une seconde volute entourant une telle première volute; d) les dites première et seconde volutes sont dirigées en sens opposés; e) des seconds moyens de canalisation sont prévus

pour alimenter une tête de brûleur auxiliaire entourant la dite (pre-

mière) tête de brûleur avec un second mélange gazeux combustible qui entoure le mélange entraînant les particules;

f) les dits seconds moyens de canalisation pour alimen-

ter la tête de brûleur auxiliaire avec le second mélange gazeux combus-

tible comprennent une ou plusieurs des caractéristiques définies

ci-dessus pour ce qui concerne les moyens de canalisation pour l'ali-

mentation en mélange gazeux entraînant les particules; g) entre l'entrée transversale dans le tube de brûleur pour le mélange gazeux entraînant les particules et la tête de brûleur

il existe un rétrécissement de section dans le tube de brûleur.

La présente invention est utile dans la fabrication de

perles pleines et cellulaires.

L'invention sera maintenant décrite plus en détail au moyen d'un exemple et en se référant aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue en élévation partiellement en

coupe transversale d'un brûleur.

La figure 2 est une coupe transversale suivant la ligne II II de la figure 1, et La figure 3 est une vue schématique d'une installation

de production de perles vitreuses arrondies.

Dans les figures 1 et 2, le brûleur indiqué dans son ensemble en 1 comprend un tube de brûleur 2 se terminant en une tête de brûleur 3 Les moyens de canalisation alimentant la tête de brûleur 3 comprennent un premier conduit 4 qui se termine en une volute 5 entourant le tube de brûleur 2 et qui communique a vec l'intérieur du tube lia une ouverture 6 (figure 2) Celle-ci est suffisamment large

pour ne pas entraver le passage de particules formant des perles entrar-

nées dans un courant gazeux qui s'écoule le long du premier conduit 4

et qui pénètre dans le tube de brûleur 2.

Un second conduit 7, destiné à fournir un second compo-

sant gazeux, se termine en une seconde volute 8 qui entoure la première et est en communication avec elle via une pluralité d'orifices dont les positions dans la paroi périphérique externe de la première volute 5 sont indiquées en 9 On notera que les volutes 5, 8 sont dirigées en

sens opposés.

La base du tube de brûleur 2 est fermée par un bouchon

10.

Un collier Il est fixé au tube de brûleur 2 au-dessus

du niveau des deux volutes 5, 8 pour y adapter un tube de brûleur auxi-

liaire externe 12 qui se termine en une tête de brûleur auxiliaire 13.

Ce tube de brûleur est pourvu de moyens d'alimentation en gaz auxi-

liaire qui sont, dans cette forme de réalisation, identiques à ceux décrits ci-dessus, à l'exception toutefois de la dimension des volutes

qui est adaptée au plus grand diamètre du tube de brûleur externe 12.

Les éléments des moyens d'alimentation en gaz auxiliaire sont indiqués par des numéros de référence plus élevés de dix que ceux qui indiquent

l'alimentation principale décrite ci-dessus.

En raison de l'injection transversale du second compo-

sant gazeux dans le premier au travers des orifices 9, 19 les gaz sont déjà bien mélangés lorsqu'ils pénètrent dans les tubes de brûleur 2, 12 De plus, en raison de la géométrie des systèmes d'alimentation en gaz, un mouvement de tourbillonnement est imprimé à ces mélanges lorsqu'ils s'écoulent le long des tubes de brûleur 2, 12 vers les têtes de brûleur 3, 13 de telle manière qu'ils soient intimement mélangés

avant la combustion.

Parce que les orifices 9 sont disposés dans la paroi périphérique externe de la première volute principale 5, l'injection du second composant gazeux tend également à agir sur les particules de matière formant les perles entrainées dans le premier composant gazeux de manière à compenser au moins partiellement les forces

centrifuges agissant sur elles lorsqu'elles traversent la volute.

La figure 3 illustre une installation de production de perles vitreuses arrondies comprenant un brûleur 1 tel que décrit en se référant aux figures 1 et 2 disposé à la base d'une chambre de combustion 20 De l'air est introduit en tant que premier composant gazeux dans les premiers conduits principal et auxiliaire 4, 14 au

moyen de ventilateurs 21, 22 Des moyens d'approvisionnement com-

prenant une trémie 23 sont prévus pour injecter des particules de matière formant des perles dans un courant d'air qui s'écoule le long du premier conduit principal 4 Du gaz combustible est amené aux

seconds conduits principal et auxiliaire 7, 17 par une canalisation d'ali-

mentation commune 24 Celle-ci comprend une vanne qui permet la fourniture de quantités déterminées de gaz En variante, on peut utili- ser des alimentations séparées Dans les exemples qui suivent, ce gaz combustible est du gaz naturel, mais on peut utiliser du gaz de ville

ou un autre gaz combustible en fonction de la commodité et de la dis-

ponibilité. Les mélanges gazeux sont brûlés à partir des têtes de brûleur 3, 13 A cet endroit, le tube de brûleur auxiliaire 12 procure un rideau de flamme qui entoure la flamme principale provenant du tube

de brûleur principal 2 Ceci permet d'éviter que des particules entrai-

nées de matières formant des perles ne s'échappent latéralement sans

être chauffées et permet de stabiliser la flamme principale.

Les gaz brûlés chauds et les perles entraînées, qui sont maintenant arrondies par l'action de la flamme, sont amenés à une

cheminée 26 dans la partie supérieure de la chambre de combustion 20.

De là, au moyen d'un conduit 27, ils sont amenés à un séparateur 28 à

Z O la base duquel les perles finies peuvent être collectées.

Dans une modification facultative du brûleur décrit ci-dessus, le tube de brûleur principal 2 comprend un rétrécissement 29, indiqué en trait interrompu Il est situé en aval de l'entrée de ce

brûleur et, de préférence, près de la tête de brûleur 3 Cette dispo-

sition occasionne évidemment une accélération du courant gazeux dans le rétrécissement et un ralentissement et une réduction de pression au-delà de ce rétrécissement On a trouvé qu'elle avait dans certaines circonstances un effet bénéfique sur la distribution des particules formant des perles entraînées dans le courant gazeux En particulier, elle réduit toute tendance que peuvent avoir ces particules à s'échapper

de la flamme au-delà de la tête de brûleur en raison de forces centri-

fuges provenant des forces de tourbillonnement imprimées au courant

gazeux lorsqu'il pénètre dans le tube de brûleur 2 Dar l'ouverture 6.

Un autre avantage d'un tel rétrécissement dans le tube de brûleur est

qu'il réduit le risque de retour de flamme.

Exemple 1

On a fabriqué des perles pleines de verre dans une ins-

tallation telle que décrite en se référant à la figure 3 au moyen d'un

brûleur décrit ci-desus.

On a produit en fait des microbilles pleines ayant un diamètre moyen inférieur à 100,urn et une densité apparente de 1 à

1,1 kg/l à raison de 100 à 120 kg/heure.

Du groisil-(calcin), convenablement broyé, a été introduit

dans un courant d'air principal délivré à raison de 210 m 3 (N) par heure.

L'alimentation en gaz naturel principal s'effectuait à raison de 35 m 3 (N) par heure La tête de brûleur auxiliaire était alimentée à raison de

m 3 (N) d'air et de 15 m 3 (N) de gaz naturel par heure.

On a obtenu des microbilles d'excellente qualité avec un

rendement très élevé.

Exemple 2

On a fabriqué des perles de verre cellulaires dans une installation telle que décrite en se référant à la figure 3 au moyen

d'un brûileur décrit ci-dessus.

Afin de produire des perles cellulaires à raison de 100 à 120 kg/heure, des particules de matière formant des perles ont été introduites dans un courant d'air principal alimenté à raison de 240 m 3 (N) par heure Il a été ensuite mélangé à un courant principal de gaz naturel s'écoulant à raison de 43 m 3 (N) par heure La tête de brleur auxiliaire était alimentée au moyen de 1 Z O m 3 (N) d'air et de 23 m 3 (N) de gaz naturel par heure Les courants gazeux étaient brûilés à partir des têtes de brûleur pour cuire les perles La matière formant des

perles a été fabriquée de la manière suivante.

Une solution aqueuse de silicate de sodium ( 38 e Baumé) a été versée dans une cuve de mélangeur avec des grains de verre (de dimension comprise entre 20 et 100 microns) mélangés à de l'urée

en poudre en tant qu'agent d'expansion Le verre a la composition sui-

vante en pourcentage en poids: 70,4 Si O 2, 12,78 Na 2,O, 12,14 Ca O, 1, 77 Mg O, 1,92 A 1203, le reste étant des impuretés La solution de silicate de sodium a été introduite à raison de 10, 5 litres par '0 kg de

verre La quantité d'urée introduite était égale à 2,o du poids du verre.

La barbotine a été versée dans une seconde cuve pourvue d'un agitateur.

La viscosité de la barbotine dans cette seconde cuve étant mesurée par un viscosimètre et, suivant la mesure de la viscosité, de l'eau a été introduite La viscosité de la barbotine a été maintenue à environ 3 Pa sec La barbotine a été amenée par pompage via un filtre à un ou plusieurs pulvérisateur(s) dans une tour de séchage à raison de 15 à litres par minute De l'air sous-pression a été amené, tel que requis, aux pulvérisateurs Les gouttelettes de barbotine déchargées par les pulvérisateurs avaient des dimensions variant entre 100 et

1 000 >m.

Les gaz chauds provenant de la chambre de combustion étaient amenés à la base de la tour de séchage Les gaz, à leur entrée dans la tour de séchage avaient une température comprise entre 200 ' et 400 'C Les gouttes provenant des pulvérisateurs étaient chauffées rapidement dans la tour et entraînées vers le haut par les courants ascendants de gaz chaud Dans la tour de séchage, de l'eau s'évaporait des gouttes ascendantes de telle sorte qu'elles étaient converties en particules solides contenant les grains de verre maintenus ensemble par le silicate de sodium servant de liant En même temps se produisait une certaine décomposition de l'urée accompagnée du dégagement de gaz provoquant une expansion partielle des particules embryonnaires Les particules formées se déchargeaient en continu du sommet de la tour de séchage dans un séparateur de gaz dans lequel les particules tombaient par gravitation avant d'être envoyées dans la chambre de combustion 20 via le brûleur 1 Au moment de quitter le sommet de la tour de séchage, les particules étaient solidifiées et séchées suffisamment pour être collectées en vrac sans qu'elles

adhèrent l'une à l'autre L'examen d'échantillons de particules préle-

vés dans le séparateur montrait que chacun d'un nombre dominant d'entre eux comprenait un groupe de grains de verre maintenus l'un à l'autre par une peau de silicate de sodium Cette peau s'étendait autour de chacun des grains de verre et entourait l'entièreté du groupe comme une couche superficielle enrobante A l'intérieur de la masse,

entre les grains de verre revêtus, il existait de petites cellules rem-

plies de gaz provenant en partie de la décomposition partielle de l'urée.

La densité apparente des particules était d'environ 0,4 à 0,6 kg/l.

Les particules ont été amenées à la chambre de combustion 20, ainsi qu'on le décrit ci-dessus, pour donner des perles vitreuses arrondies de dimension comprise entre 0, 15 et 2, 5 mm et

de densité apparente d'environ 0,25 kg/l avec un rendement très élevé.

Exemple 3

Des particules expansibles de matière formant des perles ont été fabriquées ainsi que dans l'exemple 2 mais en utilisant du carbonate de calcium en poudre comme agent de cellulation au lieu de l'urée La quantité de carbonate de calcium était égale à 3 % du poids de verre La barbotine ainsi préparée contenait environ la même

proportion d'eau, en l'occurence 35 % en poids, que la barbotine utili-

sée dans l'exemple 2 La température dans la tour de séchage était de 500 à 600 'C, ce qui était suffisant pour provoquer une décomposition partielle du carbonate de calcium pendant le séjour des gouttes de

barbotine dans la tour de séchage.

Les particules expansibles, qui étaient collectées dans

le séparateur de gaz, avaient une densité apparente de 0, 8 à 1 kg/I.

Ces particules furent ensuite converties en perles de verre cellulaire de la même manière que les particules dans l'exemple Z.

Example 4

Des particules expansibles formant des perles ont été fabriquées à partir de grains de verre de dimension comprise entre et 150 microns, d'urée, et d'une solution de silicate de sodium ( 38 e Baumé) Le verre avait la même composition que celui utilisé dans l'exemple 2 L'urée a été utilisée dans une proportion de 2 % c du poids de verre La solution de silicate de sodium a été utilisée à raison de 10, 5 litres par 20 kg de verre On a ajouté de l'eau pour amener la viscosité de la barbotine à approximativement 5 Pa sec,

correspondant approximativement à 35 % en poids d'eau.

La solution de silicate de sodium d'une part et les grains de verre mélangés à l'urée en poudre d'autre part ont été acheminés

depuis leurs réservoirs respectifs vers la cuve de mélangeur du dispo-

sitif tel qu'utilisé dans l'exemple 2 On a ajouté de l'eau en fonction de

la viscosité mesurée dans la cuve suivante.

La barbotine a été pulvérisée dans la tour de séchage sous forme de gouttes de dimension comprise entre 150 microns et

1, 5 mm La température de la tour de séchage était de 300 'C.

De l'eau s'est évaporée dans la tour de séchage Chacune des particules

recueillies de la tour de séchage comprenait des grains de verre main-

tenus l'un à l'autre par du silicate de sodium Les particules conte-

naient des cellules créées par la formation de gaz résultant de la décom-

position partielle de l'urée et, dans une certaine mesure, de l'évaporation d'eau contenus dans les gouttes pendant le chauffage dans la tour de séchage La dimension des particules était comprise entre 200

microns et 2 mm et leur densité apparente était de 0, 4 kg/l.

Dans l'étape suivante du procédé, les particules formant des perles furent projetées et soumises à la flamme ainsi qu'on le décrit dans l'exemple 2 Dans ce traitement à la flamme, une nouvelle décomposition d'urée se produisit avec dégagement supplémentaire de gaz Le verre fondit et les particules de -verre fondu s'unirent pour former une masse unitaire Un déplacement vers l'extérieur de verre fondu se produisit sous l'influence de la pression interne créée par le gaz Le silicate de sodium s'intégra chimiquement au verre L'examen des perles vitreuses résultantes, après leur refroidissement, montre qu'elles étaient composées d'une masse unitaire de verre et avaient

une structure cellulaire Les perles de verre avaient une densité appa-

rente de 0,2 kg/i.

On a repété le même exemple mais en y apportant la mo-

dification suivante: la barbotine à partir de laquelle on a fabriqué des particules expansibles contenant de la sciure de bois Au cours du

processus, la sciure de bois dans les particules individuelles brûla.

Z 5 On a obtenu de nouveau des perles vitreuses cellulaires.

Exemple 5

On a fabriqué des perles creuses de verre sodo-calcique

à partir de matière formant des perles produite de la manière suivante.

L'installation utilisée comprenait quatre cuves pour contenir des quantités de matière première Les cuves étaient pourvues d'agitateurs motorisés La première cuve contenait une solution aqueuse

de silicate de sodium commercial ( 38 ' Baumé) La seconde cuve conte-

nait une solution aqueuse d'hydroxyde de calcium à 80 'C La troisième

cuve contenait une solution aqueuse de carbonate de calcium à 80 'C.

La quatrième cuve contenait une solution aqueuse d'urée à 60 'C.

De la solution d'ydroxyde de calcium et de la solution de carbonate de sodium provenant des seconde et troisième cuve furent acheminées dans une cuve de mélange à raison de 2,64 parties en poids d'hydroxyde de calcium pour 3,41 parties en poids de carbonate de sodium Les solutions furent intimement mélangées dans la cuve au moyen de son agitateur Une réaction se produisit entre l'hydroxyde de calciumet le carbonate de sodium, avec pour résultat la formation d'une solution contenant de l'hydroxyde de sodium, du carbonate de calcium

et une petite quantité résiduelle de carbonate de sodium dissous.

La solution formée dans la cuve de mélange et de la solution de silicate de sodium provenant de la première cuve furent

acheminées dans un mélangeur principal, également pourvu d'un agita-

teur, dans des proportions correspondant à 100 parties en poids de silicate de sodium pour 2, 64 parties en poids d'hydroxyde de calcium et 3, 41 parties en poids de carbonate de sodium On a ajouté en même temps de l'eau dans le mélangeur pour amener la viscosité

du fluide dans le mélangeur à 2, 3 Pa sec.

Au cours d'un premier cycle, une vanne entre la quatriè-

me cuve et le mélangeur principal fut fermée de sorte que l'on n'a pas

utilisé d'urée dans le processus.

Le fluide formé dans l'agitateur principal contenait du silicate de sodium et de l'hydroxyde de sodium dissous, et du carbonate de calcium en suspension Dans la formation ainsi qu'on le décrira maintenant de perles de verre à partir de ce fluide, l'ensemble de

ces trois constituants a servi de matière formant du verre et le carbo-

Z 5 nate de calcium a servi de plus d'agent de cellulation.

Le fluide fut acheminé depuis le mélangeur principal vers.

un réservoir pourvu d'un agitateur, dans lequel on a mesuré la viscosité du fluide En fonction de cette mesure, le débit d'eau dans le mélangeur principal fut règlé de manière à maintenir la viscosité du fluide àenviron 2, 3 Pa sec Après passage au travers d'un filtre, le fluide fut distribué au moyen d'une pompe à des têtes de pulvérisation dans lesquelles le fluide fut pulvérisé au moyen d'air comprimé délivré par un compresseur Les têtes de pulvérisation délivraient le fluide sous forme de gouttes de dimension inférieure à 500 microns Les gouttes étaient déchargées directement dans le premier conduit principal 4 et

de là s'élevaient dans la chambre de combustion 20.

Au contact avec les courants ascendants de gaz chaud dans la chambre de combustion, de nombreuses gouttes de fluide se rompirent à cause des pressions internes générées par l'évaporation d'eau et la décomposition de carbonate de calcium et formèrent des gouttes de plus petites dimensions encore Toutes les gouttes furent acheminées vers le haut à l'intérieur de la chambre par les courants de gaz chaud Pendant leur ascension et comme la température des gouttes s'élevait jusqu'à 750 'C, de la matière solide dans les gouttes individuelles se convertit en une peau ou enveloppe vitreuse En même temps, la dilatation du gaz emprisonné dans les gouttes augmenta

leurs volumes.

Les gouttes, sous forme de perles creuses de verre, furent déchargées depuis le sommet de la chambre de combustion 20 dans la canalisation 27 pénétrant tangentiellement dans un séparateur à cyclone 28 Celui-ci possède en son sommet une ouverture centrale pour l'évacuation du gaz et une ouverture à sa base pour le déchargement des perles Pendant leur mouvement le long de la canalisation 27 et à

l'intérieur du séparateur à cyclone, les perles se refroidirent suffi-

samment pour permettre leur collecte en vrac sans adhérence mutuelle des perles Les perles furent déchargées du séparateur à cyclone dans une trémie et de là sur un convoyeur pour les transporter à un point de distribution o elles pouvaient être emmagasinées ou emballées ou

directement utilisées industriellement.

Les perles creuses de verre étaient constituées de verre ayant la composition approximative suivante en poids Si O 2 70 SI Na O 25 %

Ca O 5 %.

La dimension des perles creuses était en majeure partie

comprise entre 10 et 250 microns et leur densité apparente était com-

prise entre 0, 1 et 0, 3 kg/l La majorité des perles étaient formées

de corps microcellulaires.

Au cours d'un second cycle, on a observé les mêmes conditions de processus mais on a ouvert la vanne pour introduire de

l'urée dans la composition du fluide formé dans le mélangeur princi-

pal, à raison de 3 % approximativement du poids de silicate de sodium.

Des perles creuses de verre furent formées ainsi qu'au cours du pre-

mier cycle mais leur densité apparente était légèrement moindre.

Exemple 6

On a fabriqué des perles vitreuses de borosilicate de sodium de la manière suivante L'installation utilisée comprenait

quatre cuves pour contenir des quantités de matière première.

La première cuve contenait une solution aqueuse de sili-

cate de sodium commercial ( 38 Baumé).

La seconde cuve contenait une solution aqueuse d'acide borique à 80 C La troisième cuve contenait une solution aqueuse

d'hydroxyde de sodium à 50 % de concentration et à 80 'C.

De la solution d'acide borique et de la solution d'hydroxyde de sodium provenant des seconde et troisième cuves furent acheminées dans une cuve de mélange afin de former dans cette cuve une solution

neutre Cette solution neutre fut acheminée vers un mélangeur princi-

pal en même temps que de la solution de silicate de sodium provenant de la première cuve, de la solution aqueuse d'urée provenant de la quatrième cuve et de l'eau La solution d'urée contenait 200 gr d'urée par 10 litres d'eau et sa température était de 60 'C La composition du mélange dans le mélangeur principal était de 10 kg de silicate de sodium pour 1, 1 kg d'acide borique et pour 200 gr d'urée L'addition d'eau fut règlée pour procurer au fluide dans le mélangeur principal

une viscosité de 0, 5 Pa sec.

En raison de la neutralisation de l'acide par l'hydroxyde

de sodium le fluide dans le mélangeur principal ne montrait pas de ten-

dance à la formation de gel.

Le fluide fut pulvérisé dans une tour de séchage ainsi qu'on le décrit dans l'exemple 2 pour former des particules solides de matière formant des perles qui furent alors traitées ainsi qu'on

le décrit dans l'exemple 2.

Des perles creuses de verre comprenant des corps microcellulaires furent collectées dans le séparateur à cyclone Les perles étaient de dimension inférieure à 250 microns et leur densité

apparente était comprise entre 0, 1 et 0,2 kg/l La composition appro-

ximative en poids du verre borosilicate formant les perles était: Si O 2 65,5 5 Na 2 O 19, 5 '

BO O 15 %.

On peut former des perles creuses d'une gamme de verres au borosilicate différents en accroissant ou en réduisant la proportion

d'acide borique utilisée dans la composition du fluide de l'exemple pré-

cédent Pourvu que la proportion d'hydroxyde de sodium utilisée varie de façon correspondante pour s'assurer de la neutralisation du fluide, on peut éviter la formation d'un gel A titre d'exemple, la teneur en oxyde borique du verre formé pourrait être accrue jusqu'au delà de % en augmentant-la proportion d'acide borique dans le fluide Dans ce cas, le verre aura un point de ramollissement plus bas, de sorte que

l'on pourra utiliser des températures plus basses dans la chambre.

Une autre modification possible de l'exemple précédent réside dans l'emploi comme base d'hydroxyde de calcium au lieu d'hydroxyde de sodium Une autre modification possible comprend l'addition d'aluminate de sodium, par exemple en proportion de 100 gr

par 10 kg de silicate de sodium, de manière à améliorer la résis-

tance chimique des perles creuses de verre fabriquées par ce processus.

En variante de l'un ou l'autre des exemples précédents, on introduit de la vapeur d'eau et/ou du dioxyde de carbone en petites quantités, par exemple jusqu'à 20 % en volume dans le courant d'air entraînant les particules amené à la tête du brûleur De cette façon, on favorise le transfert thermique vers les particules lorsqu'elles

Z 5 séjournent dans la flamme produite.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1 Procédé de fabrication de perles vitreuses arrondies dans lequel des particules de matière formant les perles, entraînées dans un courant gazeux ayant des composants comburants et combustibles, sont projetées depuis une tête de brûleur et dans lequel le gaz est brûlé, caractérisé en ce qu'un premier composant du mélange gazeux combustible portant des particules entraînées est propulsé le long

d'un conduit ( 4) menant à une tête de brûleur ( 3), un second compo-

sant gazeux est introduit de force transversalement à l'intérieur du

conduit 4 au travers d'au moins un orifice 9 percé dans sa paroi péri-

phérique et en ce que le gaz mélangés, dans lesquels les particules sont entraînées, sont soumis à des forces favorisant davantage leur

mélange intime avant d'atteindre la tête de brûleur ( 3).

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé-en ce que de telles forces de mélange sont des forces provoquant le

tourbillonnement du mélange gazeux.

3 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2,

caractérisé en ce que le dit premier composant gazeux est soumis à un

changement de direction dans la zone o le dit second composant ga-

zeux est introduit de force au travers du / des dit(s) orifice (s) ( 9).

4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé

en ce qu'un gaz, tel que de la vapeur d'eau ou du dioxyde de carbone, qui, lors de la combustion du mélange, favorise l'échange thermique depuis la flamme résultante vers les particules formant les perles, est ajouté

à au moins un des dits composants du mélange gazeux combustible.

5 Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, carac -

térisé en ce que le dit mélange gazeux combustible comportant des par-

ticules entraînées est projeté depuis la dite tête de brûleur ( 3) tandis

qu'il est entouré par un courant périphérique comprenant un second mélan-

ge gazeux combustible.

6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce

que le dit second mélange gazeux est amené à une tête de brûleur auxili-

aire ( 13) qui entoure la dite première tête de brûleur ( 3) sous forme de premier et second composants d'une manière telle que définie dans

l'une des revendications 1 à 3 pour ce qui concerne le mélange gazeux

entraînant des particules.

/ 7 Dispositif de fabrication de perles vitreuses arrondies

par un procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en

ce que le dit dispositif comprend une tête de brûleur ( 3) et des moyens de canalisation pour alimenter la tête de brûleur ( 3) qui comprennent un premier conduit ( 4) pour fournir à la dite tête de brûleur un premier composant d'un mélange gazeux combustible qui entraîne des particules formant des perles, et un second conduit ( 7) pour introduire de force un second composant gazeux transversalement à l'intérieur du dit premier conduit ( 4) au travers d'un ou de plusieurs orifice (s) ( 9) percé (s) dans sa paroi et de là transversalement à l'intérieur du tube de brûleur ( 2) qui conduit à la dite tête de brûleur ( 3), le dit second composant gazeux formant un mélange combustible avec le dit premier composant gazeux

et les particules entraînées.

8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dit premier conduit ( 4) se termine en une volute ( 5) entourant le dit tube de brûleur ( 2) et le(s) dit(s) orifice(s) ( 9) est / sont formé(s)

dans une paroi de la dite volute ( 5).

9 Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que le(s) orifice(s) ( 9) est / sont disposé(s) le long de la paroi

périphérique extérieure de la dite volute ( 5).

Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9 carac-

térisé en ce que le dit second conduit ( 7) se termine en une seconde volute ( 8) entourant une telle première volute ( 5) et en ce que les dites

première ( 5)et seconde ( 8) volutes sont dirigées en sens opposés.

11 Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10 carac-

térisé en ce que des seconds moyens de canalisation ( 14 17) sont prévus

pour alimenter une tête de brûleur auxiliaire 13 entourant la dite ( pre-

mière) tête de brûleur 3 avec un second mélange gazeux combustible qui entoure le mélange entraînant les particules et en ce que les dits seconds

moyens de canalisation ( 14, 17) comprennent une ou plusieurs des carac-

téristiques définies dans l'une des revendications 7 à 10 pour ce qui

concerne les moyens, de canalisation ( 4, 7) pour l'alimentation en

mélange gazeux entraînant les particules.

/

12 Dispositif selon l'une des revendications 7 à Il

caractérisé en ce qu' entre l'entrée transversale ( 6) dans le tube de brûleur ( 2) pour le mélange gazeux entraînant les particules et la tête de brûleur ( 3) il existe un rétrécissement de section ( 29) dans le

tube de brûleur ( 2).