JPH0337124A - 粒子材料の熱処理のための方法及び装置 - Google Patents

粒子材料の熱処理のための方法及び装置

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JPH0337124A
JPH0337124A JP2165483A JP16548390A JPH0337124A JP H0337124 A JPH0337124 A JP H0337124A JP 2165483 A JP2165483 A JP 2165483A JP 16548390 A JP16548390 A JP 16548390A JP H0337124 A JPH0337124 A JP H0337124A
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gas
particulate material
flame
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JP2165483A
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David N Kilner
デビツド・ニコラス・キルナー
Keith D Humphrey
キース・ダグラス・ハンフリー
Lionel M Little
ライオネル・マツクス・リトル
Duncan R Carr
ダンカン・ロードリツク・カー
Lewis G Sharp
ルイス・グラハム・シヤープ
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Shell Internationale Research Maatschappij BV
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    • C03B19/10—Forming beads
    • C03B19/1005—Forming solid beads
    • C03B19/102—Forming solid beads by blowing a gas onto a stream of molten glass or onto particulate materials, e.g. pulverising
    • C03B19/1025—Bead furnaces or burners
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、粒子材料の熱処理のためのプロセスに関し、
特に、ガラスビーズを生産するためのプロセスに関する
。また本発明は前記プロセスを行うのに適した装置に関
する。
ガラスビーズは数多くの応用物において有用であり、特
に、道路車線マーキング塗料又は反射式道路標識のよう
な反射性の材料の生産に幅広く使用される。これに加え
て、ガラスビーズ、特に直径の小さいガラスビーズは、
映画用スクリーンの被覆用ショツトブラスト用に使用さ
れる。しかし、そうした用途に使用されるガラスビーズ
生産プロセスの生産物には、互いに融合することのない
球形ビーズを可能な限り高い割合で含むことが重要であ
る。公知のビーズ生産プロセスにおいて形成されるビー
ズは、−膜内に、５ＧミクＯン（場合によってはそれ以
下の大きさ）から　ｉ、ｏｏｏミクロン以圭までの範囲
内の粒径を有する。しかし、−膜内に、そうしたビーズ
は、前記の５０〜１，０００　ミクロンの粒度範囲の中
間から上端までの粒径を有することが好ましい。
道路マーキング用コンパウンドと組み合わせて使用する
ための及び他の産業用途のための固体ガラスビーズに関
する、Ｂｔ白目ｂ　Ｈａ■ｄａ＋ｄｉｆｓｌｉ１ｍｊｉ
ｏａ仕様書ＢＳ　６０５ｍ：１９８１は、そのガラスビ
ーズの最終的に意図された用途に基づいて、３つの種類
のがラスビーズを定義している。Ａ種のビーズは、熱可
塑性道路マーキング用コンパウンドの中に混合するため
のビーズであり、８種のビーズは、熱可塑性道路マーキ
ング合成物の表面施工及び歩道マーキング塗料のための
ビーズであり、並びに、０種のビーズは、衝突加工と、
プラスチック補強と及び−膜内な工業応用のためのビー
ズである。Ａ種ビーズ製品の仕様は、そのビーズの少な
くとも７０％Ｗ／マが球形であり（丸み計で測定する場
合）、並びに、そのビーズのＯ〜１０％Ｖ／Ｗが４２５
ミクロン未満の直径を有し、６５〜９５％ｖ／ｖが４２
５〜ＳＳＯミクロンの範囲内の直径を有し、５〜７０％
ｖ／ｗが８５０−１．１８０　ミクロンの範囲内の直径
を有し、及び（１〜３％１／１が１，１８０ミクロンよ
り大きな直径を有するような粒度分布をその生産物が有
することを必要とする。Ｂ種ビーズ製品の仕様は、その
ビーズの少なくとも８０％ｖ／ｖが球形であり（顕微鏡
を用いて測定する場合）、並びに、そのビーズの０−１
５％ＶＯＷが１８０ミクロン未満の直径を有し、１０〜
３０％ｖ／ｖが１８１１〜３００　ミクロンの範囲内の
直径を有し、３０〜７５％ｖ／ｖが３００〜６００　ミ
クロンの範囲内の直径を有し、５〜２０％ｖ／ｙが６０
０〜ａＳＯミクロンの範囲内の直径を有し、及びＯ〜５
％Ｖ／Ｖが８５０ミクロンより大きな直径を有するよう
な粒度分布をその製品が有することを必要とする。
Ａ種ビーズの反射特性は、８種ビーズの反射特性を遥か
に上回っており、及び、この理由から、Ａ種ビーズを熱
可塑性道路マーキング材料に組み込むことが好ましい。
しかし、ガラスビーズを作るために必要とされるエネル
ギーは、ビーズ直径が増大するにつれて著しく増大する
。従って、Ａ種ビーズを作るためのプロセスはよりエネ
ルギー集約的であり、従って、そのエネルギー効率は８
種ビーズを作るプロセスよりも劣るものである。
ガラスビーズを作るための公知のプロセスでは、粉砕さ
れたガラスの粒子が、その粒子の表面が溶解状態になる
ように十分に高い温度に加熱され、更に、表面張力作用
が前記粒子の球形化を引き起こすのを可能にするのに十
分な時間に亘って、前記遷移状態のままにされる。その
後、ビーズはより低い温度に冷却され硬化する。前記温
度では、これらのビーズは互いに融合することもなく、
又は、その接触する他のどんな装置表面にも接合するこ
とはない。
このタイプのプロセスを行うための公知の装置は１つの
炉から成り、この炉内のバーナの火炎を水平方向に通過
するように、粉砕ガラス粒子がこの炉の中へ導かれる。
そうした装置の殆どでは、ガラス粒子は前記炉の下部端
部において炉内に導入され、その炉の頂部の冷却区域に
向けて上向きに運ばれ、そして、この頂部から収集され
る。これらのタイプの炉内には、基部の熱処理区域と頂
部の冷却区域との間に鉛直方向の温度勾配がある。
−膜内に、これらの装置のエネルギー消費は非常に大き
く、典型的には、ビーズ１ｋｇ当たり約３０ＭＩ又はそ
れ以上である。一方、これらの装置の高エネルギー消費
は、高い運転コストをもたらす。
鉛直方向の温度勾配を有する炉に係わる問題を克服する
ために、渦流炉を利用するプロセスが欧州特許第０．６
４６．３７６号（ＥＰ−８−０，０４６，３７６）の特
許明細書に説明されている。その明細書に説明される装
置では、炉内の従来型のガスバーナからの火炎が渦流の
形に渦巻くようにされる。この渦流は、一方では、ガラ
ス粒子が火炎の中に噴射される時に、前記バーナの中心
に導入されるガラス粒子接線方向の速度成分を与えるこ
とによって、及び、他方では、炉壁の周りに接線方向に
二次空気を導入することによって、実現される。前記二
次空気は、中心火炎のと炉壁との間に、チャンバの外周
に沿って冷却区域を与える。ガラス粒子は火炎の中心か
ら螺旋状の軌道に沿って進み、前記冷却区域へと入り、
更に、炉壁内の開口を通過することによって又は炉の底
部に落下することによって、前記冷却区域から生産物が
収集させる。
ＥＰ−８−０，０４６，３７６の特許明細書では、前述
の従来技術のプロセスの非効率性が、各ガラス粒子の炉
内の長い残留時間に基づいているということが述べられ
る。この明細書では、この残留時間を短縮する結果とし
て効率の改善が得られることが主張される。
ＥＰ−８−０，ｆ１４６．３７Ｇで説明されるプロセス
及び装置の改善は、米国特許第４．４７５．９３６号（
ＵＳ−Ａ−４、４７５，９３６１において開示される。
ＥＰ−８−０，０４５゜３７Ｇの装置におけるように、
Ｉｔｓ−Ａ−４，４７５，９３５の装置は、ガラスビー
ズが火炎内に残留する時間を短縮すると同時に、バーナ
を直接的に囲む環の形に配置されたノズルから三次空気
を導入するための手段を含む。バーナの火炎の渦流を増
大させる接線方向の速度成分を三次空気に与えるために
、前記ノズルはバーナ軸に対し一定の角度で取り付けら
れる。
ＥＰ−８−０，０４６，３７６及びＵＳ−Ａ−４，４７
５，９３６ニ説明されるプロセスは、前述された従来の
公知のプロセスよりも遥かに改善された効率をするが、
しかし、これらの引例のどちらのプロセスを使用しても
、上記の通りのＡ種仕様を有するガラスビーズを作り出
ことが不可能であることが発見されている。
極めて驚くべきことに、並びＥＰ−Ｂ−Ｇ、　８４６．
３７６及びＵＳ−＾−４，４７５，９３６の説明とは反
対に、従来から公知のプロセスを上回る遥かに改善され
た効率をなお維持しながらＡ種仕様を有するガラスビー
ズを産出するためには、ガラス粒子が渦流炉の火炎内に
残留する時間がより長いことが必要であることが発見さ
れている。
従って、本発明は、 ａ：可燃性ガス及び酸化ガスの第１０）流れを実質的に
円筒形のチャンバ内に導入する段階と、 ｂ；熱処理区域を生じさせる火炎を形成するために前記
ガスに点火する段階と、 第２の流れのガスが前記火炎の周囲で渦巻く冷却区域を
与えるために、前記チャンバ側壁に対し概ね接線方向の
速度成分を有する前記第２の流れのガスを、前記チャン
バ側壁に近接してチャンバ内に導入する段階と、並びに
、 ｄ二前記熱処理区域と粒子材料を接触させ、前記材料を
前記加熱区域から前記材料Ｉそこから収集される冷却区
域の中に導く段階とから成る粒子材料の熱処理方法にお
いて前記火炎の燃焼ガスＩＯ−へ未満の速度を持つこと
を特徴とする粒子材料の熱処理方法を提供する。
本プロセスは、ガラス以外の粒子材料を熱処理するため
にも使用可能ではあるが、ガラスビーズを作るために使
用されることが好ましい。
本明細書における燃焼ガスの速度に対する全ての言及は
、前記火炎の内の燃焼ガスによって達せられる最高速度
に係わるものである。−膜内に、前記燃焼ガスは、前記
火炎の基部の流域内で、即ち、前記燃料ガス及び酸化ガ
スを前記チャンバ内に導入する領域に近接した前記火炎
領域内で、その最高速度に達する。
前記火炎内の燃焼ガスの速度は、本発明のプロセスにお
いてはｌｏｗ八未へである。この速度は最低限度の速度
であり、この最小速度は、火炎のパックファイヤを、即
ち、導入される燃焼ガスの流れに対して逆向きの火炎の
伝播を避けるためのものである。
パックファイヤが起こる前に得られる燃焼ガスの的確な
最小速度は、燃焼ガスの組成と及び燃焼ガスをチャンバ
内に導入する手段の特定の設計とに基づく。例えば、可
燃性ガスがプロパンであり及び酸化ガスが空気である場
合には、最小速度は典型的には約０．２ｍ／＋であり、
一方、酸素で強化されたプロパン／空気混合気の場合は
、最小速度は約０．３ｉ／ｓ以上に増加してもよい。所
与のガス組成に関して得ることのできる最小速度は、従
来的な実験作業及び計算を使用して当業者によって容易
に決定可能である。−膜内に、燃焼ガスの速度は１ｓ八
より大きいことが好ましい。好ましいプロセスでは、燃
焼ガスの速度は５■／Ｓより小さい。
ガラスビーズを形成するために必要な熱処理区域の温度
は、形成されるべきガラスビーズの直径と、粉砕ガラス
粒子のチャンバ内への供給量と、及び熱処理区域内に於
ける前記粒子の残留時間とによって決まる。−膜内に、
熱処理区域が約１．０００℃より高い温度を有すること
が好ましい。
熱処理区域が約ｉ、ｓｏｏ℃より高い温度を有すること
が更に好ましい。最も好ましいのは、熱処理区域が約２
．０００℃より高い温度を有し、典型的には２、５ＱＱ
℃の温度を有することである。
熱処理区域内の温度が高くなればなるほど、粉砕ガラス
粒子をビーズに球形化するのに必要な残留時間は短くな
る。熱処理区域内の残留時間は、−膜内に、少なくとも
０．１ｓであり、好ましくは少なくとも０．２ｓである
。特に、好ましい温度範囲の下限の温度において、又は
、より大きな直径のビーズを作る時には、残留時間が少
なくとも０．５１又は場合によってはｈ以上であること
が有利であることが多い。
火炎の中心領域は渦巻かないことが好ましい。
火炎の外側領域は、随意に、冷却領域を形成するために
チャンバの中に導・入される第２のガスの流れによって
渦流化されてもよい。随意に渦巻くことが可能な前記火
炎の外側部分は、その火炎の中心部分の温度よりも低い
温度を有することが普通である。これらの外側部分の温
度は１，０００℃より低くてもよく、従って、熱処理区
域の一部を形威しなくともよい。
前記チャンバ内に導入される第２のガスの流れは、冷却
区域を形成し、並びに前記火炎を封じ込め及び前記チャ
ンバ壁を冷却する機能を果たす。
−膜内に、前記チャンバ内に導入される第２のガスの流
れの体積は、前述の機能を果たすのに十分である範囲内
で、最小限度の体積であるべきである。火炎からの熱損
失を減少させるためには、第２のガスの流れの温度は、
冷却区域を通過する時にビーズの硬化をひき起こすのに
十分なだけ低温である範囲内で、可能な限り高温である
ことが好ましい。前記チャンバ壁の温度は、この壁の内
側表面に粒子材料が付着することを防止するのに十分な
低さでなければならない。−膜内に、ガラスビーズの作
製では、前記壁の温度が約５５０℃より低い温度に維持
されることが好ましい。前記チャンバ壁は、第２のガス
の流れの冷却作用を補助するための外部冷却手段によっ
て冷却されてもよい。
第２のガスの流れは、何れかの不活性ガス又はガス混合
物から或ってよい。この代わりに、第２ガスの流れは酸
化ガス又はガス混合物から成ってもよい。このガスは空
気であることが好ましい。
例えば、粒子材料がその中に混入される酸化がスに可燃
性ガスを混合することによって、可燃性ガス及び酸化ガ
スを粒子材料と予備混合することが可能であってよい。
この操作は、例えばＧＢ−Ａ−２，１２１，７１１２又
はＵＳ−Ａ−３，１９０，７３９に説明される方法で行
われてもよい。しかし、可燃性ガスが酸化ガスと混合さ
れた後で点火されることと、及び、この点火の後で粒子
材料を火炎の中に導入することとが、−膜内には好まし
い。可燃性ガスの燃焼のために必要な酸化ガスの一部分
を提供する、酸化特性を持つ１つのガス又はガス混合物
によって、粒子材料が搬送されることが好ましい。粒子
材料及び／又はその搬送ガスは、チャンバ内に導入され
る前に予備加熱されてもよい。
可燃性ガスは、例えばプロパンであってもよいが、しか
し、例えばメタン又は天然ガスのような他の低分子量炭
化水素であることも可能である。
この代わりに、可燃性ガスがガス混合物から成ってもよ
い。酸化ガスは酸素を含むことが好ましい。
酸化ガスはガス混合物から或ってもよい。酸化ガスは、
酸素を用いて強化されることが可能な空気であることが
好ましい。−膜内には、少なくとも化学量論的な量の酸
化ガス及び可燃性ガスが与えられる。しかし、化学量論
的な量よりも多い量の酸化ガスが使用されてもよい。
本発明の好ましいプロセスでは、可燃性ガス及び酸化ガ
スは、実質的に円筒形のチャンバの底部の中央領域内に
配置されたバーナから前記チャンバの中へ軸方向に上向
きに導かれ、及び、搬送ガス内に混入された粒子材料は
、前記バーナから半径方向に間隔を置いて設置された噴
射手段から、この粒子が熱処理区域を通過するように前
記チャンバの軸に対して一定の角度で導かれる。更に、
粒子材料は前記熱処理区域から離れて、冷却区域の中へ
と進む。本例では、粒子材料の導入位置を越えて半径方
向に外側に離れた位置から軸方向に導かれる更に別の可
燃性ガス及び酸化ガスを導入し及び発火させることが好
ましい。この部分の可燃性ガスからの火炎の温度は、概
ね熱処理区域の温度よりも低く、従って、ガラス粒子の
溶融を得るのに十分な高温度ではない。従って、ガラス
粒子が前記火炎の外側の低温部分を通過する前に、熱処
理区域を形成する前記火炎の高温の中心部分を実質的に
全てのガラス粒子が通過することが重要である。
本発明の更に別の側面に従って、粒子材料を熱処理する
本発明の方法は、 ａ：可燃性ガス及び酸化ガスの第１０）流れを、実質的
に円筒形のチャンバ内に導入する段階と、 ｂ：熱処理区域を生じさせる火炎を形成するために前記
ガスに点火する段階と、 Ｃ：第２の流れのガスが前記火炎の周囲で渦巻く冷却区
域を与えるために、前記チャンバ側壁に対し概ね接線方
向の速度成分を有する前記第２の流れのガスを、前記チ
ャンバ側壁に近接してチャンバ内に導入する段階と、並
びに、 ｄ：前記火炎の熱処理区域と粒子材料を接触させ、前記
材料を前記加熱区域から前記材料がそこから収集される
前記冷却区域の中に導く段階とから成り、 更に、得られた可燃性ガス及び酸化ガスの混色系が、実
質的に円筒形の前記チャンバの底部の中央領域内に配置
されたバーナから前記チャンバの中へ軸方向に上向きに
導かれ、及び、搬送ガス内に混入された前記粒子材料が
、前記バーナから半径方向に間隔を置いて設置された噴
射手段から、この粒子が熱処理区域を通過するように前
記チャンバの軸に対して一定の角度で導かれ、更に、別
の可燃性ガス及び酸化ガスが、前記粒子材料の導入位置
を越えて半径方向に外側に離れた位置から前記チャンバ
内に軸方向に導かれることを特徴とする。
本発明のプロセスは従来の火炎の場合にも有効ではあり
得るが、本発明のこの側面においては、火炎内の燃料ガ
スがｌｅａ／ｉより低い速度を有することが普通である
。
可燃性ガスの良好な燃焼のためには、点火の前に可燃性
ガスが酸化ガスと十分に混合されることが必要である。
−膜内に、可燃性ガス及び酸化ガスの十分な混合は、例
えば従来のベンチュリ装置のような、５業では公知の手
段において行われてよい。しかし、これに加えて、混合
を促進するために、例えばセラミックのパツキンのよう
な大きな表面積を持つ分割された固体と、可燃性ガス及
び酸化ガスが接触させられることが好ましい。可燃性ガ
ス及び酸化ガスが多孔プレート又は逆火防止装置を経由
して円筒形チャンバ内に導入され点火される直前に、可
燃性ガス及び酸化ガスが混合チャンバ内で分割固体と接
触させられることが有利である。このことは、可燃性ガ
ス及び酸化ガスが前記逆火防止装置を経て均一に配送さ
れることを確実にする効果と、並びに、円筒形チャンバ
内で前記ガスの均一な燃焼を引き起こす効果とを有する
。火炎内の燃焼ガスの望ましい速度は、前記逆火防止装
置の面積と及びその装置内の穿孔の直径とによって決め
られる。
本発明の更に別の側面に従って、粒子材料の熱処理のた
めの装置が提供され、この装置は、鉛直方向に配置され
た軸を持つ実質的に円筒形の１つのチャンバと、 前記チャンバの基部に接近して及びその中心の付近にお
いて前記チャンバ内に可燃性ガス及び酸化ガスの第１０
）流れを導入し、並びに前記ガスを前記チャンバ内で上
向きに導くための第１導入手段と、 火炎を形成するために前記チャンバ内で前記可燃性ガス
に点火するための手段と、 前記チャンバの頂部からの排気ガスのための出口と、 ガスの第２の流れが前記火炎の周囲に渦巻く冷却区域を
与えるために、前記チャンバ側壁に近接して前記チャン
バ内に接線方向に前記ガスの第２の流れを導入するため
の手段と、 前記粒子材料が前記火炎を通過し及び前記冷却区域内に
入るように、前記粒子材料を前記チャンバ内に上向きに
導入するための手段と、並びに、処理済の前記粒子材料
を前記冷却区域から収集するための手段とから成り、 更に、前記可燃性ガス及び酸化ガスを前記チャンバ内に
導入し並びに方向付けるための前記手段が、前記火炎内
の燃料ガスがｌｏｍ八より小さい速度を持つような手段
であることを特徴とする。
処理済の粒子材料を前記冷却区域から収集するための前
記手段は、前記チャンバの側壁内に又は前記チャンバの
底部に備えられることが可能である。好ましくは、処理
済の粒子材料を収集するための前記手段は、前記チャン
バの底部に備えられ、及び、例えば処理済材料がそれを
通って落下する１つ以上の溝穴から、又は前記チャンバ
の底部内に形成される１つ以上のホッパから成ってよい
。
直径の小さい粒子材料は、前記チャンバを上向きに搬送
され、排気ガスの中に混入されてもよい。
そうした場合には、処理済材料を前記排気ガスから回収
するために、例えば１つ以上のサイクロ、ンのような、
更に別の収集手段が備えられてもよい。
本発明の装置は、点火前に可燃性ガス及び酸化ガスを混
合するための手段を有する。これは、例えばベンチュリ
のような当該技術分野において公知の手段を用いて行わ
れてもよい。しかし、これに加えて、混合を促進するた
めに可燃性ガス及び酸化ガスが接触させられる、例えば
セラミックのパツキンのような大きな表面積を持つ分割
された固体から成る、混合チャンバが備えられてもよい
。
可燃性ガス及び酸化ガスを前記チャンバ内に導入するた
めの手段は、工つのバーナアセンブリから戊ってよい。
このバーナアセンブリは、混合ガスがそこから多孔プレ
ート又は逆火防止装置を経由して円筒形チャンバ内へ出
ていく前述の混合チャンバと、並びに、前記バーナを経
て前記ガスが均一に配送されることを確実にし、それに
よって前記円筒形チャンバ内での均一な燃焼を確実にす
る分割固体とから成ることが有利である。本発明におけ
る使用に適合可能な他のバーナは、英国特許第１．５Ｎ
、　５３１号（ＧＢ　ｌ、　５１３．５３１）の明細書
と及びドイツ特許出願第２３４０６１号（ＤＤ−Ａ−２
３４０６１１０）明細書とに説明されている。
例えば英国特許出願公告第２．１２１．７８２号（ＧＢ
−Ａｍ２、１２１．７Ｂ）及び米国特許第３．１９ｆｌ
、　７３７号（ＵＳ−Ａ３．１９０．７３７）の明細書
に説明されているような、前記チャンバ内に導入される
前に粒子材料と可燃性ガス及び酸化ガスとを混合するた
めの手段が、備えられることも可能であるが、しかし、
可燃性ガスとは別々に粒子材料を前記チャンバの中へ粒
子材料を導入するための手段が備えられることが好まし
い。
可燃性ガスの燃焼のために必要な酸化ガスの一部分を提
供することが可能な搬送ガスの中に混入される形で、粒
子材料が導入されることが一般的である。粒子材料は様
々な供給源から搬送ガスの流れの中に送り込まれてよい
。例えば、粒子材料は、Ｉｔｓ−Ａ−４，ＵＳ、　９３
６１．：説明されティるような流動相から導入されても
よい。この代わりに、ＥＰ−Ａ−０，０４６，３７６で
説明されているように、ホッパから供給される粒子材料
が、振動フィーダから、回転弁を経由して、粒子材料が
そこで圧縮空気内に混入されるベンチュリ箱の中へと送
り込まれてもよい。この代わりに、υ５−Ａ−３．１９
０．７３７に説明されているものと同様の方法で、粒子
材料が、ホッパから、スクリューフィーダを経由して、
粒子材料がそこで圧縮空気内に混入される混入チャンバ
の中へ送り込まれてもよい。
搬送ガス内に混入された粒子材料を噴射するための手段
は、−膜内に、前記チャンバの基部内の１つ以上の噴射
ノズルから成る。前記ノズルは、例えば、中央バーナア
センブリの周囲に、従って前記チャンバの軸から半径方
向に距離を置いて配置されてもよい。前記ノズルは、前
記チャンバの袖に向かって上向き且つ内向きに方向付け
られることによって、粒子材料を熱処理区域の中へ導く
。
典型的には、前記チャンバの軸の周囲に等間隔に、少な
くとも４つのノズルが、好ましくは少なくとも６つのノ
ズルが、及び最も好ましくは１２のノズルが配置される
。
本発明の装置は、１つ以上の粒子材料とその搬送ガス乙
及び第２のガスの流れとを予備加熱するための手段を更
に有する。そうした予備加熱手段は、排気ガスから熱を
移動させる熱交換器を含むことが好ましい。
本発明の装置の更に別の好ましい実施例では、可燃性ガ
ス及び酸化ガスを導入するための手段が、前記チャンバ
内の実質的な中心に、前記チャンバの基部に配置され、
及び、更に別の可燃性ガスを導入するための第２の導入
手段が、前記中央ガス導入手段から半径方向に間隔を置
いて備えられる。
−膜内には、前記第２手段は、好ましくは粒子材料噴射
手段から外側に離された環の形で、前記噴射手段から外
側に間隔を置いて配置される。
本発明の更に別の側面に従って、本発明の新規のプロセ
スを行うのに適した装置は、 鉛直方向に配置された軸を持つ、実質的に円筒形の１つ
のチャンバと、 前記チャンバの基部に近接して及びその中心の付近にお
いて前記チャンバ内に可燃性ガス及び酸化ガスの第Ｉの
流れを導入し、並びに前記ガスを前記チャンバ内で上向
きに導くための第１導入手段と、火炎を形成するために
前記チャンバ内で前記可燃性ガスに添加するための手段
と、前記チャンバの頂部からの排気ガスのための出口と
、 ガスの第２の流れが前記火炎の周囲に肩巻く冷却区域を
与えるために、前記チャンバ側壁に近接して前記チャン
バ内に接線方向に前記ガスの第２の流れを導入するため
の手段と、 前記粒子材料が前記火炎を通過し及び前記冷却区域内に
入るように、前記粒子材料を前記チャンバ内に上向きに
導入するための手段と、並びに、処理済の粒子材料を前
記冷却区域から収集するための手段とから戒り、 更に、可燃性ガス及び酸化ガスを導入するための手段が
、前記チャンバ内の実質生来な中心に、前記チャンバの
底部に装置され、並びに、前記粒子材料を前記チャンバ
内に噴射するための手段が、可燃性ガスの導入手段から
外側に間隔を置いて設置され及び前記チャンバ軸に向か
って内向きに方向付けられる噴射ノズルから成り、更に
、前記装置が、前記第１０）導入手段から半径方向に間
隔を置いて備えられた、更に別の可燃性ガスを導入する
ための第２の導入手段から成ることを特徴とする。
本発明のこの側面の装置においては、可燃性ガス及び酸
化ガスを導入するための前記第１導入手段が、火炎内の
燃焼ガス１０田／ｓより小さい速度を有するような手段
であることが好ましい。しかし、前記装置は幅広い応用
範囲を有し、及び、火炎内の燃焼ガスがより大きな速度
に達するプロセスにおいて使用されてもよい。
火炎内の燃焼ガスの速度は、それ自体は当該技術分野に
おいて公知の方法によって測定されることが可能である
。そうした方法の例は、レーザからの光を使用するドツ
プラー効果現象を利用することと、及び、カメラを使用
して追跡されることが可能な火炎の中へ粒子を導入する
こととを含む。
しかし、本発明の装置に対して使用するのに適している
ことが発見された方法は、次のものである。
プローブを形成するために、既知の質量及び直径のチタ
ン円板の中心の穴にチタン棒が通され、このチタン円板
はチタン墓地卯に沿って自由に移動可能である。チタン
棒の紬がぜきんチャンバの軸と実質的に平行であるよう
に、前記プローブが火炎内の燃焼ガスの進路内に置かれ
る。火炎内に置かれると、前記チタン円板は、その円板
表面上に衝突する移動燃焼ガスの力を受けて上昇するか
、火炎内に静止したままであるか、又は重力の作用を受
けて落下するかのいずれかだろう。火炎内にプローブを
挿入する際にチタン円板が静止したままであることが見
出されるまで、直径は等しいが質量は各々異なっている
選択されたチタン円板を使用して、前述の手順が繰り帰
される。チタン円板がその中で静止したままになる火炎
領域内の燃焼ガスの速度は、次の方程式を使用して計算
されることが可能である。
２、ｍｇ ｄ　ｐＡ 前記式中でＵは燃焼ガスの速度であり、ｍは円板の質量
であり、ｇは重力に起因する加速度であり、Ｃ６は前記
円板の抗力係数であり、ρは燃焼ガスの密度であり、及
び、Ａは燃焼ガスによって衝突される前記円板の噴影表
面積である。
以下では、本発明の装置の実施例の１つが、添付の図面
を参照し、単なる一例として詳細に説明されるだろう。
添付の図面は、特にガラスビーズの作製を目的とする渦
流炉装置を示す。この装置の主要な構成要素は、１つの
炉１と、概括的に２で示されるバーナアセンブリ及びガ
スサプライと、並びに、概括的に３で示される材料供給
装置である。
炉ｌは実質的に円筒形チャンバ１０であり、このチャン
バの下部の壁は、バーナアセンブリ１３がその中に配置
される中心穴を含む。前記チャンバの周囲壁１４には、
直径方向に対向する一対の形にされる、接線方向に設置
される２つの空気入口１６が取り付けられている。入口
１６はテーパを付けられて管１７に接続され、更に、管
１７はマニホルド（図示されていない）を経由して空気
（第２空気）Ｉｌ１１８に接続される。空気源１８は、
入口１６への空気流量に対する適切な制御手段を伴った
公知のタイプの送風機であってよい。ガラスビーズ用の
４つの出口ポート（その１つが２２で示される）が、前
記チャンバの下部端部壁１２内に、その周囲に備えられ
る。更に別のボートが、前記チャンバの周囲の側壁１４
内に備えられてもよい。
前記チャンバの上端部壁２３は、中心に配置された煙道
２４を含む。前記チャンバからのガス用の環状のガス出
口２６を与えるために、トッププレート２５が煙道２４
内に配置される。キャノピ−２７が煙道２４の上に配置
される。キャノピ−２７は１つの排気ガス出口６０を有
し、この排気ガス出口６０は、排気ガスを取り除くため
に前記チャンバｌＯ内に誘引ド乞 ラフトｌ与える抽出送風機（図示されていない）に通じ
る。前記チャンバ１０は脚２８上に取り付けられる。チ
ャンバ１０は軟鋼で作られてもよい。チャンバ１０はク
ロムメツキされたステンレス鋼から作られることが好ま
しい。チャンバ１０の周囲壁１４の外側表面は、耐火物
で裏張りされてもよい。チャンバ１０の内側表面にガラ
スビーズが付着することを防止するために、チャンバ１
０の周囲壁１４の温度を低温に保つための冷却ジャケッ
トが備えられてもよい。
第２図において、より詳細に示されるバーナアセンブリ
１３は、燃焼されるべきガス／空気混合気のための入口
２９及び３０を有する。ガス及び空気は混合ベンチュリ
３１内で混合され、及び、この混合ベンチュリ３１には
、補助送風機２Ｇ及び送風機２１によって予備加熱チャ
ンバ３３を通して空気（−次空気）が供給される。典型
的には天然ガスである燃焼ガスが、公知のタイプの流量
制御及び調整用の弁及び装置３６を含む管路３４を通し
て、ベンチュリ３１に供給される。管路３４は遮断弁３
６をも含み、遮断弁３６は、そのシステムの一定の部分
に故障が生じる場合に、自動的に作動して閉じ、ガスの
供給を遮断する。これは、前記チャンバ内の不燃焼ガス
の蓄積を防止する。この弁３６は、（チャンバの周囲壁
内の紫外線関知光電管３８によって検出される）−次空
気供給の停止又は火炎停止の場合に閉じる。
前記炉内で処理される粉砕ガラス粒子又は他の材料の粒
子は、第３図により詳細に示される材料給送装置３から
構成される装［３は、モータ４゜によって駆動されるス
クリューフィーダ３９に対し連続的に供給される粉砕ガ
ラス３８を収めるバルクホッパ３７から成る。処理され
るべきガラスは、最初に粉砕され、更に、ホッパ３７の
中に積み込む前に粒度範囲に応じて篩い分けられる。所
与の装置及び運転条件に関して、ホッパ３７内に入れら
れる材料の粒度範囲は、チャンバ内へ送られる材料の最
大限度の供給量を決定し、及び、材料の粒度範囲が大き
なものとなるにつれてこの供給量は減少する。前記スク
リューフィーダはカレットをチャンバ４１内に吐出し、
更に、チャンバ４１内では、圧縮機４３から通じる管路
４２からの圧縮空気流の中に、このカレットが混入され
る。その混入されたガラス粒子はチャンバ４１から３つ
の管路４４の各々に導かれ、管路はバーナアセンブリ１
３の中に導かれ、更にチャンバ１０の中に導かれる。
第２図に関しては、バーナアセンブリ１３が炉チャンバ
の底部壁１２の中心の中に取り付けられる。
バーナ自体は、−膜内に円形である内側バーナ部分４５
と及び−膜内に環状の形状の外側バーナ部分４６とから
成る。内側バーナ部分は管路３０を通してガス／空気混
合気を供給され、及び、外側バーナ部分は管路２９を通
して前記混合気を供給される。管路２９及び３０は、ベ
ンチュリ３１（第１図）からの共通供給管１９から供給
される。各バーナ部分４５、４１ｉには、逆火防止装置
４丁、０が備えられる。
管路２９は環状のチャンバ４９から成り、このチャンバ
４９は、拡大された表面積を持ち及びメツシュ仕切板５
１によって範囲を限定される分割セラミックパツキンに
よって充填された環状の混合領域５０を含む。管路２９
を通過する天然ガス／空気混合気は、逆火防止装置４８
を通して前記チャンバに導入される前に、混合領域５０
を通過しなければならない。
前記チャンバ内には、バーナの各部分からの可燃性ガス
に点火するための点火手段（図示されていない）が備え
られる。
空気中に混入された粉砕ガラス粒子は、管路４４を通し
てバーナアセンブリ１３に給送される。本装置は６つの
こうした管路から成り、これらの管路は、３つの給送管
路４４に各々が供給する２つの材料給送装置によって給
送される。（第１図はこれら２つの機構の内の１つを示
す）。各管路４４の末端には、粒子をチャンバ１ｅ内に
噴射するノズル５１が備えられる。このノズルは、前記
粒子が上向きに及び前記チャンバの軸に向かって内向き
に移動して熱処理区域に入るように、前記チャンバ軸に
対して一定の角度で傾斜させられる。熱処理区域内では
、バーナからの火炎の温度は、前記粒子の球形化が生じ
るのに十分な高温度である。
本発明のプロセスにおいてノズルを通して噴射される材
料粒子が進む進路が第４図及び第５図に示され、一方、
典型的なプロセス条件の下でのチャンバ全体に亘っての
温度曲線が第６図に示される。第４図では、粒子が、概
括的にＣで示される熱処理区域を形成する火炎の高温度
部分を通して上向きに導かれ、更に、火炎のより低温の
部分Ｂの中に導かれ、更にそこから冷却区域への中に導
かれ、冷却区域Ａには人口１６を通して渦流二次空気が
供給されるということが示される。冷却区域Ａ内の渦流
空気は、第５図に矢印で示されるように、区域Ｂ内の火
炎をその外側末端において渦流化させることが可能だが
、しかし、火炎の中心の最高温度部分Ｃには渦流は引き
起こされない。粒子が中心から半径方向に離れながら上
向きに移動し、区域Ｂの外側領域に入ると、第５図に最
も明瞭に示されるように、その粒子は冷却区域Ａを通る
螺旋状の進路の中に導かれる。より重いビーズ宮 は、第４図に示される軌道よりも低い軌道辿るだろう。
軽いビーズは、燃焼ガス及び二次空気によって伴出させ
られ、部分２Ｇを通ってチャンバ１０から出て行くだろ
う。そうしたビーズはサイクロン（図示されていない）
によって排気ガスから収集される。
本発明のプロセス及び装置は、以下の実施例によって更
に説明される。実施例１〜６は本発明によるプロセス及
び装置に係わり、一方、実施例７〜！Ｏは従来技術のプ
ロセス及び装置に係わる比較例である。
実施例１ ４２５〜８０Ｇ−の篩い分は粒度範囲を有する粉砕ガラ
ス粒子が、重量３３０ｋｇ及び直径１．５ｍのチャンバ
を有する、第１図に示される通りの装置に、３ｋｇ、’
ｅｉａの流量で供給された。この装置は、るバーナから
成っていた。二次空気は、冷却区域を与えるために、１
バールの圧力において、１．５１ｒｒ？／ｓの流量で、
前記チャンバに給送された。ガラス粒子は、給送空気圧
１．６バールで空気中に混入された。ガラスビーズ生産
物はチャンバ基部を通して収集され、これらのガラスビ
ーズは、丸み計を使用して測定した場合に、８３．１％
の球形ガラスビーズから成っていた。
実施例２〜６ 上記の実施例１で説明された装置を使用して、４２５〜
６００−の篩い分は粒度範囲の粉砕ガラス粒子を用いて
、更に別の一定の量のがラスビーズが作られた。必要に
応じて様々なプロセス条件を示す第１表に、その結果が
示されている。
第１表 実施例７〜１６ ４２５〜６０Ｇ−の篩い分は粒度範囲の粉砕ガラス粒子
がＥＰ−Ａ−０，０４１ｉ、　３７６の特許明細書に説
明され及び例示される装置に、４ｋｇ／ｍｉａの流量で
給送され、この装置では火炎内の燃焼ガスは２５ｍ／ｓ
を越える速度に直した。この装置を使用する４つの実験
の結果が、第２表に示される。
第２表 実施例１〜６の結果と実施例７〜１Ｇの結果とを比較す
ることによって、ＩＰ−Ａ−Ｇ、　０４６．３７６のプ
ロセス及び装置とは違って、本発明のプロセス及び装置
が、粒度範囲４２５〜６０Ｇ−の球形ビーズを８０％以
と含むガラスビーズ生産物を収支−貫して作り出すとい
うことが示される。そうした生産物は、前述のＢｒＮ１
５ｈ　Ｓｌ目ｄｘｒｄ　ＢＳ　６０８ｇ＋１９８１によ
って設定されたＡ種ビーズに関する最低必要条件である
、粒度範囲４２５〜６００−の球形ビーズを６５％含む
という条件を上回っている。実施例１〜６で得られた産
出物は、ＢＳ　６０８８：１９８１０）Ａ種仕様に合致
する全体的なガラスビーズ生産物を与えるために、粒度
範囲８５０−１１８０−の一定の量のビーズとブレンド
されるのに理想的に適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の装置の概略的な側両立面図、第２図は
第１図の装置のバーナアセンブリの拡大断面図、第３図
は第１図の装置内に使用される１つの材料供給装置の概
略的な側両立面図、第４図は第ｉ図の装置の炉チヤンバ
内の粒子の移動経路を示す、前記炉チャンバの概略的な
側両立面図、第５図は第４図に対応する概略的な平面図
、及び、第６図は第４図の線Ａ−Ａに沿った炉チヤンバ
内の温度曲線を示すグラフである。 ｌ・・・・・・炉、　１０・・・・・・円筒形チャンバ
、！２・・・・・・円筒形チャンバ下部端部壁、！３・
・・・・・バーナアセンブリ、１４・・・・・・円筒形
チャンバ周囲壁、　１６・・・・・・接線方向空気入口
、１７・・・・・・管、　１８・・・・・・二次空気、
　２０・・・・・・補助送風機、　　２１・・・・・・
送風機、　２２・・・・・・ガラスビーズ用出口ポート
、２３・・・・・・円筒形チャンバ上端部壁、２４・・
・・・・煙道、２５・・・・・・トッププレート、２７
・・・・・・キュノビ−２８・・・・・・脚、２９．３
０・・・・・・ガス／空気混合気入口、３１・・・・・
・混合ベンチュリ、　３３・・・・・・予備加熱チャン
バ、４７．４８・・・・・・逆防止装置、　５１・・・
・・・ノズル。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）粒子材料の熱処理のための方法であって、ａ：可
    燃性ガス及び酸化ガスの第１の流れを、実質的に円筒形
    のチャンバ内に導入する段 階と、 ｂ：熱処理区域を生じさせる火炎を形成するために前記
    ガスに点火する段階と、 ｃ：第２の流れのガスが前記火炎の周囲で渦巻く冷却区
    域を与えるために、前記チャンバ 側壁に対し概ね接線方向の速度成分を有す る前記第２の流れのガスを、前記チャンバ 側壁に近接してチャンバ内に導入する段階 と、並びに、 ｄ：前記火炎の熱処理区域と粒子材料を接触させ、前記
    材料を前記加熱区域から前記材料 がそこから収集される前記冷却区域の中に 導く段階とから成り、並びに火炎の燃焼ガ スが１０ｍ／ｓより小さな速度を有していることを特徴
    とする粒子材料の熱処理方法。
  2. （２）ガラスビーズを形成するために、ガラス粒子が球
    形化される請求項１に記載の粒子材料の熱処理方法。
  3. （３）前記火炎の熱処理区域が２，０００℃より高い温
    度を有する請求項１又は２に記載の粒子材料の熱処理方
    法。
  4. （４）大きな表面積を持つ分割された固体を含む前記チ
    ャンバ内で、前記可燃性ガスが前記酸化ガスと混合され
    る請求項１〜３のいずれか一項に記載の粒子材料の熱処
    理方法。
  5. （５）前記可燃性ガス及び酸化ガスが、実質的に円筒形
    のチャンバの底部の中央領域内に置かれたバーナから前
    記チャンバの中へ軸方向に上向きに導かれ、及び、搬送
    ガス内に混入された粒子材料が、前記バーナから半径方
    向に間隔を置いて設置された噴射手段から、前記粒子材
    料が前記熱処理区域を通過するように前記チャンバの軸
    に対して一定の角度で導かれる請求項１〜４のいずれか
    一項に記載の粒子材料の熱処理方法。
  6. （６）更に別の可燃性ガスが、前記粒子材料の導入位置
    から半径方向に外側に離れた位置から軸方向に前記チャ
    ンバ内へ導入される請求項５に記載の粒子材料の熱処理
    方法。
  7. （７）前記燃焼ガスの速度が約５ｍ／ｓよりも小さい請
    求項１〜６のいずれか一項に記載の粒子材料の熱処理方
    法。
  8. （８）粒子材料を熱処理する方法であって、ａ：可燃性
    ガス及び酸化ガスの第１の流れを、実質的に円筒形のチ
    ャンバ内に導入する段 階と、 ｂ：熱処理区域を生じさせる火炎を形成するために前記
    ガスに点火する段階と、 ｃ：第２の流れのガスが前記火炎の周囲で渦巻く冷却区
    域を与えるために、前記チャンバ 側壁に対し概ね接線方向の速度成分を有す る前記第２の流れのガスを、前記チャンバ 側壁に近接してチャンバ内に導入する段階 と、並びに、 ｄ：前記熱処理区域と粒子材料を接触させ、前記材料を
    前記加熱区域から前記材料がそこ から収集される前記冷却区域の中に導く段 階とから成り、 並びに、得られた可燃性ガス及び酸化ガスの混合気が、
    実質的に円筒形の前記チャンバの底部の中央領域内に置
    かれたバーナから前記チャンバの中へ軸方向に上向きに
    導かれ、及び、搬送ガス内に混入された前記粒子材料が
    、前記バーナから半径方向に間隔を置いて設置された噴
    射手段から、前記粒子材料が前記熱処理区域を通過する
    ように前記チャンバの軸に対して一定の角度で導かれ、
    更に、別の可燃性ガス及び酸化ガスが、前記粒子材料の
    導入位置を越えて半径方向に外側に離れた位置から前記
    チャンバ内に軸方向に上向きに導かれることを特徴とす
    る粒子材料の熱処理方法。
  9. （９）請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法によっ
    て粒子材料を熱処理するのに適した装置であって、 鉛直方向に配置された軸を持つ実質的に円筒形の１つの
    チャンバと、 前記チャンバの基部に接近して及びその中心の付近にお
    いて前記チャンバ内に可燃性ガス及び酸化ガスの第１の
    流れを導入し、並びに前記ガスを前記チャンバ内で上向
    きに導くための第１導入手段と、 火炎を形成するために前記チャンバ内で前記可燃性ガス
    に点火するための手段と、 前記チャンバの頂部からの排気ガスのための出口と、 ガスの第２の流れが前記火炎の周囲に渦巻く冷却区域を
    与えるために、前記チャンバ側壁に近接して前記チャン
    バ内に接線方向に前記ガスの第２の流れを導入するため
    の手段と、 前記粒子材料が前記火炎を通過し及び前記冷却区域内に
    入るように、前記粒子材料を前記チャンバ内に上向きに
    導入するための手段と、並びに、処理済の前記粒子材料
    を前記冷却区域から収集するための手段とから成り、 更に、前記可燃性ガスを前記チャンバ内に導入し並びに
    方向付けるための前記手段が、前記火炎内の燃焼ガスが
    １０ｍ／ｓより小さい速度を持つような手段であること
    を特徴とする粒子材料の熱処理装置。
  10. （１０）請求項８に記載の方法によって粒子材料を熱処
    理するのに適した装置であって、 鉛直方向に配置された軸を持つ、実質的に円筒形の１つ
    のチャンバと、 前記チャンバの基部に接近して及びその中心の付近にお
    いて前記チャンバ内に可燃性ガス及び酸化ガスの第１の
    流れを導入し、並びに前記ガスを前記チャンバ内で上向
    きに導くための第１導入手段と、 火炎を形成するために前記チャンバ内で前記可燃性ガス
    に点火するための手段と、 前記チャンバの頂部からの排気ガスのための出口と、 ガスの第２の流れが前記火炎の周囲に渦巻く冷却区域を
    与えるために、前記チャンバ側壁に近接して前記チャン
    バ内に接線方向に前記ガスの第２の流れを導入するため
    の手段と、 前記粒子材料が前記火炎を通過し及び前記冷却区域内に
    入るように、前記粒子材料を前記チャンバ内に上向きに
    導入するための手段と、並びに、処理済の前記粒子材料
    を前記冷却区域から収集するための手段とから成り、 更に、可燃性ガス及び酸化ガスを導入するための前記手
    段が、前記チャンバ内に、前記チャンバの底部の実質的
    な中心に配置され、並びに、前記粒子材料を前記チャン
    バ内に噴射するための手段が、可燃性ガスの前記導入手
    段から外側に間隔を置いて設置され及び前記チャンバ軸
    に向かって内向きに方向付けられる噴射ノズルから成る
    ことと、並びに、前記装置が、前記第１のガス導入手段
    から半径方向に間隔を置いて設置された、更に別の可燃
    性ガスを導入するための第２のガス導入手段から成るこ
    ととを特徴とする粒子材料の熱処理装置。
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