NO812754L - Fremgangsmaate og anordning for fremstilling av glassperler - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremstilling av glassperler og forbrenningskamre eller smelteovner for anvendelse ved pro-duksjon av glassperler.

Glassperler, særlig slike perler som anvendes i forbindelse med eksempelvis markeringsmaling for 'kjørefelter eller re-flekterende veiskilter, fremstilles i ovner av-mange forskjellige typer.

Dé hittil benyttede ovener innbefatter opptrekks- og ned-trekksovner av passivflamme- eller trykkflammetype/som tilfø-res glassavfall, dvs. knust glass, a) i den nedre ende av ovnen, for viderebefordring oppad under innvirkning av forbrenningsgassene, b) i den øvre ende av ovnen, hvorfra glasset faller ned under-innvirkning av tyngdekraften.

I begge tilfeller utsettes det knuste glassavfall for var-mevirkninger fra ovnen og deretter for kuldevirkninger fra en bråkjølingssone, hvorved: I. parikler av knust glass bringes opp til høy nok temperatur i tilstrekkelig tidsrom til å reduseres til omvandlingstilstand, II. partiklene i omvandlingstilstand antar form.av perler grunnet overfiatespenningsfenomenet, dvs. at partiklene danner kuler, og III. de således frembrakte perler avkjøles under omvand-lingstemperaturen, for å lette oppsamlingen og forebygge sammen-semlting med andre partikler, eller sammenvoksing med ovnsveggene.

■Tidsrommet hvorunder partiklene/perlene befinner seg i flygetilstand i ovnen, betegnes som "oppholdstiden".

Blant de mange prosessparametre for ovner, som må over-våkes nøye under fremstilling av glassperler, er ovnenes virkningsgrad: Det har i senere tid vist seg ytterst viktig å re-dusere brennstoff-forbruket.

Størrelsen og typen av de fremstilte perler, bl.a. brytningsindeksen, er bestemt av anvendelsesformålet. I hovedsak har imidlertid den foreliggende oppfinnelse i særlig grad, men ikke utelukkende, befatning med fremstillingen av perler med brytningsindeks av 1,4 til 2,1 og diameter av 100 til 1500 u.

Ydelseh av en ovn under fremstilling av glassperler en en funksjon av: (a) forholdet mellom "oppholdstiden" for partiklene av knust glass i ovnen og energimengden som er tilført ovnen i samme tidsrom, (b) partikkeltettheten , og (c) størrelsen og antallet av slike partikler pr. volumenhet i ovnen. I løpet av "oppholdstiden" må en partikkel ha oppnådd omvandlingstil-standen, være formet til en perle og avkjølet i slik grad at sammensmelting og vedhefting vil forhindres.

Det er kjent tallrike, forskjellige ovner for fremstilling av glassperler. Fra UK-patentskrift 740 145, 87 292 samt 984 655 og US-patentskrift 2 947 115, 3 151 965 og 3 190 737 er det

kjent flere ovnsystemer av opptrekkstype og ett. av nedtrekkstype, se ovennevnte patentskrift 984 655, som må betegnes som en kombinasjon av de to typer.

Ved de fleste, kjente systemer er det åpenbart at "oppholdstiden" for en partikkel.er sikret ved valg av en lang eller høy, stort sett rettlinjet svevebane for partikkelen, og ved anvendelse av en ovn med en lang eller høy, flammehetet oppvarmings-sone som går over i en hensiktsmessig kjølesone.

I anordningen,ifølge nevnte patentskrift 984 655 har imidlertid den svevebane som partiklene må følge form av en fontene, hvilket innebærer at partiklene først slynges oppad og deretter synker ned under innvirkning av tyngdekraften, innenfor de be-grensninger som anordningen påfører strømmen av forbrennings-gasser, og de frembrakte perler faller ned i en samlekasse, eller passerer utad -i en radial, sinoideformet bane til samlekarene.

UK-patentskrift 740 145 omtaler en vertikalstilt, rørfor-met søyle, hvori det injiseres partikler av knust glass sammen med brennbare gasser, og hvor partiklene medføres oppad i de varme gasstrømmer.

Det opprettholdes en liten og intens flamme i en innrett-bar, stigende luftstrøm, og de stigende og transporterende gasser ledes, sammen med partiklene/perlene, gjennom kjølesoner av stigende intensitet. Det er følgelig en stigende temperaturgradient i søylen, hvorigjennom glasspartiklene er tvunget til å passere.

Ekstra luft innføres gjennom tangentiale innløpskanaler

ved søyleoverkanten, men dette har bare til hensikt å påskynde de partikler som måtte ha tapt noe av sin hastighet.

Sammenvoksing forebygges ved hjelp av en vibratoranordning som er montert på søyleveggen.

I ovnen ifølge UK-patentskrift 740 145 reguleres "oppholdstiden" for partiklene /perlene innenfor fine grenser ved justering av den hastighet hvormed partiklene injiseres- i flammen ved bunnen av søylen.

UK-patentskrift 875 292 omhandler en anordning, se fig. 1-3, som omfatter en vertikalstilt ovn hvortil det tilføres en brennbar blanding av gass/luft sammen med partikler av knust glass. De frembrakte perler ledes gjennom'en kjølesone til en underliggende samlekasse eller -renne, og en røkgasskanal i den øvre del av kjølesonen er forbundet med en syklonseparator. Det er opprettet en temperaturgradient tvers over kjølesonen, umiddelbart ovenfor ovnen, der hvor de varme gasser innstrømmer i kjøleluften. Videre er svevebanen gjennom kjølesonen for partikler/perler i denne anordning, en funksjon av perlemassen/tyngdekraften og/eller en funksjon av perlemassen/forbrenningsgass-hastigheten.

I en annen anordning ifølge fig. 6 og 8 i UK-patentskrift 875 292 er det opprettet et system av brennere 51 som kan justeres for-å gi de forbrente gasser i ovnsonen en spiralbevegelse med tendens til å utjevne temperaturen gjennom hele ovnen. En kjølesone er anordnet umiddelbart over smelteovnen. Som det fremgår av fig. 6, kan luften strømme inn i anordningen gjennom innløpsåpninger 76 under ildstedet, for dels å bidra til forbrenning og dels å forhindre vedhefting av partiklene/perlene til ovnens sidevegger.

Perler som dannes i denne anordning, oppsamles ved hjelp av øvre røkkanal og en syklonseparator.

Også i denne andre anordning forløper temperaturgradienten i anordningens høyderetning, dvs. stort sett i flukt med partik-lenes/perlenes svevebane. Det er i begge anordninger en tydelig temperaturgradient tvers over ildstedet, grunnet de forbrente gasser i midtsonen og kjøleluften ved ovnsveggene, men hoved-strømmen av gasser og partikler/perler er oppadrettet.

Den smelteovn som er beskrevet i US-patentskrift 3 190 737 er i prinsippet en opptrekksovn, og omfatter et åpent, telesko-pisk system av sammenkoblede, sylindriske.kamre, hvorigjennom det fremføres en brennbar blanding av.gass/luft og partikler/per ler sammen med en oppadgående luftstrøm ved kamrenes ytterveg-ger. Luften innføres gjennom tangentiale kanaler i skjøtesonene for de teleskopanordnede kamre og hvirvler oppad mot kammerveg-gene,"for å hindre sammensmelting og vedhefting. Flammen fra de brennende gasser er ment å oppvarme ovnen i . dens fulle lengde, og partiklene/perlene avgrenses stort sett til ovnenes midtsone, idet alle utadstreifende partikler/perler i realiteten skyves tilbake inn i midtsonen•under innvirkning av bevegelsen av den hvirvlende luftpute.

Samtlige ovennevnte systemer betinger en lang "oppholdstid"" for partiklene/perlene, hvilket igjen vil medføre uønsket stort energiforbruk.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det frembrakt en fremgangsmåte for fremstilling av glassperler, som kjennetegnes ved prosesstrinn som omfatter: a) innføring av en første, brennbar gass eller gassblanding.i et stort sett sylindrisk kammer, b) antenning av den første gass for opprettelse av en flamme av tilstrekkelig størrelse og temperatur til å. smelte partikler av glass som innføres i flammen, c) innføring av en strøm av en annen gass eller gassblanding i kammeret, og.stort sett tangentialt mot kammeret, for

å:

I bibringe flammen en hvirvelstrømbevegelse, og

II opprette en kjølesone av gass som omgir flammen,

d) innføring av partikler av glass eller glassdannende materialer i den hvirvlende flamme på slik måte at partiklene

inntrenger i flammen i eller mot midten av denne og følger en spiralbane gjennom flammen i et' tidsrom av tilstrekkelig lengde for frembringelse av en perle som deretter viderebefordres inn i en bråkjølingssone hvori den størkner innen den når kammerveggen, og e) oppsamling av de fremstilte perler.

Temperaturgradienten tvers over kammeret har fortrinnsvis

generell form av en flosshatt, for opprettelse av en oppvarmings-sone, hvori temperaturen er tilstrekkelig høy til å bevirke at partiklene danner glassperler, og en bråkjølingssone av meget lavere temperatur..

I et eksempel bestod den første gass av en'propan/luftblan-ding, temperaturen i oppvarmingssonen var i overkant av 1000°C og temperaturen i bråkjølingssonen var under 300°C, og fortrinnsvis under 150°C.

I et annet eksempel ble det anvendt en propan/luft/oksy-genblanding som primærgass, og de tilsvarende temperaturer lå henholdsvis over 1500°C og under 500?C, fortrinnsvis på 200°C.

Videre er det ifølge oppfinnelsen frembrakt en anordning for fremstilling av glassperler ved hjelp av den ovennevnte fremgangsmåte, som omfatter et generelt sylindrisk kammer, minst én dyse for innføring av en første gass i kammeret, antenningsmidler, minst én innløpskanal for innføring av en annen gass under trykk i kammeret, et utløp for avgasser og midler for injisering av partikler av glass eller glassdannende materialer i kammeret.

Kammeret er fortrinnsvis plassert med stort sett vertikalt-forløpende akse, den i det minste enkeltvis anordnede, dyse befinner seg ved den nedre ende av kammeraksen, gassutløpet strekker seg koaksialt med kammeret ved den øvre ende av dette, og den i det minste enkeltvis anordnede innløpskanal er anordnet- i kamrets yttervegg.

Videre omfatter oppfinnelsen slike perler som fremstilles ved utøvelse av den ovennevnte.fremgangsmåte, samt apparatur og markeringsmaterialer som innbefatter slike perler.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig 1 viser et skjematisk sideriss av et hvirvelovnanlegg

ifølge foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 viser et forstørret snitt av et brenneraggregat i anordningen ifølge fig. 1,

fig. 3 viser et forstørret snitt av en material-innsprøyt-ningsdyse i anordningen ifølge fig. 1,

fig. 4 viser et skjematisk grunnriss av ovnkammeret i anlegget ifølge fig. 1 og illustrerer svevebanen for en partikkel i kammeret,

fig. 5 viser et skjematisk frontriss i overensstemmelse med fig. 4, og

fig. 6 viser et diagram som gjengir temperaturer i ovnkammeret under to forskjellige sett av prosessbetingelser.

Det er. på tegningene vist en hvirvelsmelteovnanordning som er spesielt innrettet for fremstilling av glassperler. Anordningens hovedkomponenter består av en smelteovn 1, et brenneraggregat- og gasstilførselssystem 2 og en materialtilførselsinnretning 3.

Smelteovnen 1 omfatter ét stort sett sylindrisk kammer 10, og en nedre endevegg 12 med en midtåpning for opptagelse av. bren-neråggregatet 13. Det er, til ytterveggen 14 av kammeret, fastgjort fire tangentialt plasserte .luftinntak 16 som er anordnet

i to diametralt motsatte par, hvorav et i den øvre halvdel av kammeret 10 og et i-den nedre halvdel. Inntakene 16 avsmalner i overgang ' til rør 17 som gjennom en manifold. (ikke vist) er forbundet med en sekundærluftkilde 18. Kilden 18 kan bestå av en egnet pumpe av kjent type med hensiktsmessige organer for regulering av luftstrømmen til inntakene 16.

Ytterveggen 14 av kammeret innbefatter en inspeksjonsluke 20 og en åpning 21 hvori det kan innføres et termoelement for

måling av temperaturen i kammeret 10. Det er anordnet en utløps-■åpning 22 for glassperler ved ytterkanten av den nedre endevegg 12, og ytterligere utløpsåpninger 22' i kammerets yttervegg.

En øvre endevegg 23 i kammeret innbefatter en midtre trekk-kanal 24 hvis diameter beregnes på en måte som beskrevet i det etterfølgende. Trekkanalen 24 opptar en stengeplate 24 som derved avgrenser et ringformet utløp 26 for gasser fra kammeret,

og et trekkaggregat 27 er montert ovenfor trekkanalen. Kammeret 10 er opplagret på ben 28. Kammeret som er tilvirket av bløtt stål, har stort sett samme diameter og høyde.

Brenneraggregatet 13 (som er nærmere beskrevet i det et-terfølgende) innbefatter en innløpskanal 30 for en gass/luftblan-ding som skal forbrennes. Gassen og luften sammenblandes i en venturiblander 31 som mottar luft (primærluft) fra en pumpe 32 eller annen, egnet kilde. Brenngassen, vanligvis propan, over-føres til venturiblanderen 31 gjennom en ledning 34 hvori det er innkoblet ventiler og innretninger. 35 av kjente typer for regulering og måling av gjennomstrømningen. Ledningen 34 er videre forbundet med en stengeventil 36 som automatisk vil lukkes for. avstengning av gasstilførselén dersom visse deler i systemet skulle svikte. Derved forebygges oppsamling av uforbrent gass i kammeret. Ventilen 36 lukkes i tilfelle av a) brudd på pri-mærluf ttilf ørselen , b) brudd på sekundærluf ttilførselen og.

cj flammesvikt (som oppdages av en ultrafiolett-sensitiv foto-celle 38 i kammerets yttervegg).

Brenneraggregatet 13 som er vist i fig. 2, omfatter to konsentriske rør 41 og 42 hvis øvre ender er forbundet med fast-sveisede, ringformede flenser 43 og 44. Ved hjelp av et sirkel-formet, oppadragende veggparti .45 på flensen 43 er brenneraggregatet fastgjort til kammerets nedre endevegg 12.'Den åpne, øvre ende av røret 42 rager opp over flensen 43, hvorved det, rundt røret 42, avgrenses et ringformet kammer 46 mellom de to flenser. Kammeret 46 er lukket av et sylindrisk veggparti 46 som rager ned fra flensen 44 og ligger an mot flensen 43, og som er forsynt med et antall gassutløpsdyser 48.

Det kan være anordnet omtrent tretti dyser 48. som er for-delt rundt veggpartiet 47 og som strekker seg gjennom veggen i en vinkel av ca. 45° med aksene for rørene 41 og 42, slik det fremgår av fig. 2. Den nedre ende av røret 41 er avtettet rundt røret 42, slik at det er opprettet en ringformet kanal 49 for overføring av gass/luftblandingen til innløpet 30. Den nedre ende av røret 42 er forbundet med materialtilførselsinnretningen som nærmere beskrevet i det etterfølgende...

Et gnistapparat (ikke vist) for antenning av gass/luftblan-dingen er forbundet med brenneraggregatet og fjernstyres i likhet med strømmen av primærluft og gass, fra et kontrollpanel 50.

Glassavfall (glass-skår) eller annet glassmateriale som skal behandles i smelteovnen, leveres fra en materialtilførsels-innretning 3 som omfatter en trakt 51 for kontinuerlig overføring av glassavfallpartikler til en. innstillbar vibromater-regulator 52. Vibromateren 52 måler strømmen av partiklene til en roterende ventil 53 (drevet av en motor 55) som tømmer glasspartiklene i en venturikasse 54. Partiklene i venturikassen 54 medføres av en trykkluftstrøm som leveres fra en ledning 56, og transporteres derved gjennom en ledning 57 til røret 42.

Under forhold med stor materialtilførselsmengde kan venturikassen drives ved et positivt manometertrykk, idet den roterende ventil fungerer som et kontrollert avledningsorgan. Det kan være tilrettelagt for et, andre lu fttilførselsopplegg til venturikassen^som avsluttes i en fluidiserer som medvirker ved materialfremfø-

ringen.

Den roterende ventil, venturikassen og ledningssysternet

er konstruert eller utvalgt .for drift ved temperaturer opp til 300°C. Derved muliggjøres forvarming av det knuste glassmateriale.

Trykket og mengden av luften som tilføres, bestemmes av rørdiameteren og den ønskede glasstilf'ørselshastighet. Det kre-ves et uavhengig system for regulering av høyden av glass-"fon-tenen", og dette system er vist i fig. 3. Den øvre ende av røret 42 er svakt utadbuet, og en deflektorkonus 58 er anbrakt (med spissen nedad) ved den åpne rørende. For å motvirke glasspartik-lenes tendens til å ledes oppad langs røret 42 og samles i. én sone av røret, er en åpning 60 i røret 42 forbundet med en trykk-luftkilde 59. Denne sekundære luftstrøm som inntrenger i røret i en pasende vinkel påfører luften i røret 42 en hvirvelbevegelse som gir sikkerhet for at partikkelmaterialet vil utstrømme fra røret 4 2 langs hele røromkretsen og spredes jevnt i flammen.

Hvirvelsmelteovnens virkemåte er beskrevet i det nedenstående. Lufthvirvelstrømmen fremkalles av den tangentiale luft-strøm som innføres i det sylindriske kammer 10 gjennom de parvis diametralt motsatte luftinntak 16.

Med flammeorigo ved bunnen av kammeret vil det frembringes en midtre, meget het og skarpt avgrenset, sylindrisk flamme A som utgjør den midtre varmesone i prosessoren. Den innstrømmende sekundærluft frembringer en ytre region av kjøleluft B, som danner kjølesonen. Sistnevnte omslutter fullstendig den hete midtsone i hvirvelstrømmen. Glasspartikler injiseres i kammeret fra midten av prosessorens bunnparti, for å medføres i hvirvelstrøm-men. Grunnet sin bevegelsesmengde og de påvirkende, sentrifugal-krefter vil'partiklene følge en spiralbane C oppad og utad fra prosessorens bunnparti (fig. 4 og 5). Under ferden langs denne spiralbane gjennom kammeret passerer partiklene først gjennom den midtre varmesone hvori de antar en temperatur av ca. 1000°C, smelter og avrundes under innvirkning av overflatespenningen. Partiklene føres direke inn i den omgivende kjølesone, hvorid

de størkner til massive glasskuler innen de støter mot pro-sessorveggen og enten faller ned på bunnen av prosessoren eller føres ut av kammeret gjennom åpningene 22'. Under hele prosessen holdes glasspartiklene innbyrdes adskilt og vil ikke kollidere

med hverandre eller med noen del av prosessoren innen de er av-kjølt<p>g herdet og faller til bunnen for å oppsamles gjennom åpningen 22. Det kan i kammeret 10 være anordnet føringer for le-, ding av de ferdige glassperler mot åpningen 22. Flammen fremkalles av brenneraggregatet som er sentralt plassert på kammer-bunnen. Gasstrømmen reguleres av et konvensjonelt strømningsmå-lerutstyr, og det anvendes en blandipg av propan, naturgass eller annen, brennbar gass sammen med luft. Gass/luftstrømregu-leringen muliggjør forandring etter ønske av gass : luftforhol-det.

Det bør bemerkes at primærluften forblandes med brenngassen, mens sekundærluften som fremføres til de tangentiale luftinntak, fremkaller hvirvelstrømmen og supplerer den nødvendige oksygenmengde for forbrenningen-.

To ulike flammetilstander kan frembringes i kammeret 10, og disse kan betegnes som den frie funksjon og den fikserte hvir-velstrømfunksjon. Begge flammetyper utgår fra samme eller motsvarende brenneraggregater og under samme aerodynamiske betingel-ser i kammeret. De kritiske faktorer som styrer den av de to tilstander som frembringes, er.:

I) gasstrømhastigheten og

II) avtrekkskanalens og brenneres form og dimensjoner.

To tydelig avgrensede soner avgrenses i hvirvelstrømkammeret, nemlig det frie og det fikserte hvirvelstrømvolum. Midtsonen i-kammeret 10, hvis diameter er bestemt av diameteren av trekkanalen 24, utgjør det fikserte hvirvelstrømvolum. Det ringformede rom som omgir denne sone og strekker seg til kammerveggen, utgjør det frie hvirvelstrømvolum.

Nedenstående-sammenfatning inneholder de respektive kjennetegn og forutsetninger i forbindelse med hver av de to flammetilstander.

Den frie hvirvelstrømtilstand er mindre spesiell i sine krav. Denne tilstand identifiseres ved en mer avgrenset, høy-turbulent og intens flamme med stor varmeavgivelse. Den oppstår ved vidt forskjellige gasstrømhastigheter og har større rotasjonshastighet. Flammediameteren bestemmes av diameteren av brennerens gassutløp 48. For frembringelse av fri hvirvelstrøm må gassut-løpsdiameteren være større enn diameteren av kammerets avtrekkskanal. P'lammeutviklingen finner sted i kammerets ytre, frie hvirvelstrømvolum. En slik flaiiimetype kan utvikles med eller uten forinnblanding av primærluft i brenngassen, og vil gi en aksialt kompakt varmesone med høy rotasjonshastighet, som er mindre egnet for fremstilling av glassperler.

Med en bred avtrekkskanalåpning, eksempelvis 80% av kammerdiameteren, og en tilstrekkelig gasstilstrømning vil det dannes en bred, fiksert hvirvelstrømflamme. Flammen kan ha en diameter tilsvarende 70% av kammerdiameteren. Flammediameterens lettforanderlighet illustreres av det faktum, at hvis den brede avtrekkskanalendeåpning overdekkes av et smalt trekkaggregat 27 som plasseres for nær overkanten av hvirvelstrømkammeret, vil flammediameteren bestemmes av diameteren av trekkåpningen og ikke. av diameteren av kammerets avtrekkskanal.

En forbrenningsprosess av fast type er opprettet i kammeret 10, som vist ved anvendelse av en delvis sperret eller ringformet avtrekkskanal. Den ringformede plate 25 som er plassert midt i underdelen av røkrøret, avgrenser en ringformet avtrekkskanal 26, og dette har vist seg å stabilisere den fikserte hvir-vels trømtils tand . Platen har typisk en diameter motsvarende ca. 80% av trekkanalåpningen.

Denne type av hvirvelstrømflamme lar seg lettere oppnå ved tilførsel av primærluft,' slik at det dannes en brennbar gass/luft-blanding. Flammediameteren bestemmes av trekkanalformen og ikke av brennerdimensjonene.

Den fikserte tilstand skaper forhold under oppheting og avkjøling som er ideelle for fremstilling av glassperler. En typisk ternperaturprofil som er oppnådd i forbindelse med den fikserte hvirvelstrømtilstand i kammeret 10, er vist ved P i fig. 6...

Ved utøvelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for fremstilling av glassperler, gjennomføres følgende prosess trinn: a) en regulert strøm av brennbar gass innføres i kammeret 10 gjennom gasstilførselssysternet 2, b) gassen antennes for å danne en konsentrert flammesylinder i den nedre del av kammeret 10,. c) en regulert luftstrøm innføres i kammeret 10 gjennom de tangentiale luftinntak 16 for å bidra til opprettelsen og ut-formingen av flammen ved. å bringe denne til å rotere som en hyirvelstrøm, og for å danne en bråkjølingssone av turbulent gass

som omgir flammen og som har tilnærmet omgivelsestemperatur,

d) en regulert mengde glasskulepartikler innføres med forutvalgt injiseringshastighet i eller mot midten av den hvirvlende flammesylinder, gjennom injiseringsrøret 42 på slik måte at partiklene innblandes i hvirvelstrømmen og tvinges til å følge den spiralbane C som forløper oppad og utad i kammeret, mot kammerets yttervegg,.hvorved partiklene' forblir i den hvirvlende flamme i tilstrekkelig tid til å gå over i kuleform og danne perler som deretter, hver for seg, passerer inn i bråkjølingsso-nen, hvor hver perle utsettes for kjølevirkninger som medfører herding av perlens ytterlag, slik at perlene er forhindret i å sammensmelte med hverandre og likeledes i å vedhefte til veggen i smelteoynkammeret, og e) perlene oppsamles enten fra åpningene 22' i kammeret lp hvor de først samles etter å ha støtt mot kammerveggen, eller

fra bunnen av kammeret, hvor de faller ned etter å være formet til kuler som er størknet.

Det vil innses at de minste partikler av glassmaterialet vil følge de lavere og kortere svevebaner i kammeret 10, og få kortere oppholdstid enn de større partikler.

De perler som er fremstilt i den.beskrevne smelteovn ved hjelp av den ovennevnte'fremgangsmåte, har flere fortrinn i sam-menligning med perler som er tilvirke ved anvendelse av kjente, kommersielle fremstillingsmetoder. Hertil kommer den ytterligere fordel at perlene er produsert ved en energitilførsel pr. volum-.enhet ferdige perler, som er betydelig mindre enn brennstoffor-bruket i tilknytning til kjente produksjonsmetoder. Det kan.i realiteten forventes brennstoffbesparelser opp til 50 - 75% ved anvendelse av fremgangsmåten. som er beskrevet i det ovenstående, avhengig av perlene som skal fremstilles, sammenlignet med de hittil kjente metoder for fremstilling av glassperler.

Det kan oppnås ytterligere brennstoffbesparelser ved at glasskulepartiklene forvarmes til en temperatur av ca. 200 - 300°C. Partiklene kan oppvarmes til slik temperatur ved anvendelse av

de varme røkgasser og et hensiktsmessig varmevekslersystem.

I et eksempel ble det benyttet et kammer av 1 meters diameter og 1 meters høyde, hvori det ble innført en propan/luft-blanding, lå prosessens variable størrelser innenfor nedenstående grenser:

Ved anvendelse av dette kammer ble det i et spesielt tilfelle behandlet 2,04 kg glasspartikler i kammeret ved et brenn-stofforbruk av 85 liter propan. Det ble fremstilt 2,00 kg glassperler, hvorav 95% var.kuler og 5% var flammepolerte partikler eller partikler av kuleform som ikke var omdannet til perler. Energiforbruket var ca. 3,6 MJ/kg perler.

Temperaturforløpet som er angitt ved kurven P i fig. 6,

er særlig egnet for fremstilling av glassperler av glassavfall (skår), men det kan uten vanskelighet oppnås høyere temperaturer i kammeret 10. Dette kan gjennomføres enten ved forvarming av den tilførte primær- eller sekundærluft, eller ved øking av oksygeninnholdet i primærluftstrømmen ved tilsetning av rent oksygen til brenngassene innen disse forbrennes.

Ved oksygenanrikning av hvirvelflammen er det oppnådd temperaturer av ca. 2000°C.'En typisk temperaturprofil som stammer fra denne flammetype, er angitt ved en kurve T i fig. 6. De aerodynamiske forhold i kammeret er identisk med de tidligere beskrevne. Med unntagelse av den meget høyere temperaturøkning tvers over flammesonen, er flammens kjennetegn stort sett de samme som beskrevet for den fikserte hvirvelflamme.

Høye forbrenningstemperaturer vil fremme en hurtigere var-meoverføring til ethvert medført materiale,- og det vil utvikles større varmemengder. Mens 100°C kan representere minimumstempe-raturen for vellykket gjennomførelse av prosessen, vil optimal virkningsgrad like godt kunne oppnås ved høyere driftstemperatu-rer, eksempelvis 1400°C. Det er konstatert at hvirvelstrøm-temperaturen kan justeres ved regulering av. oksygeninnholdet i for-blandingen av gass og luft. Økning av oksygeninnholdet mulig-gjør justering av hvirvelstrømtemperaturen, for frembringelse av temperaturer av eksempelvis 14.00°C, 1600<Q>C eller 1800°C. Maksi-mumstemperaturer opptil 2000°C - 2500°C kan forventes ved det støkiometriske oksygenkrav med primærluft-forvarming ved hjelp av propan.

Anvendelse av høyere hvirveltemperaturer har dessuten andre fordeler; sorn består i høyere produks jonshas tigheter og/eller mu-ligheter til reduksjon av prosesskammerdimensjonene.

De høyere temperaturer kan også utnyttes til fremstilling av perler av annet glassdannende materiale enn glasskornpartik-ler.

Flere forskjellige oskyder, både metalliske og ikke-metalliske har glassdannende egenskaper. Det vanligste og nyttigste, kommersielt tilgjengelige oksyd er silisiumoksyd, Si02, som be-nyttes som grunnleggende, glassdannende oksyd i de fleste kommersielle glasstyper.

Ifølge en metode til fremstilling av glass blir oksydet opphetet til en temperatur over sitt smeltepunkt, til fullstendig smelting, og deretter avkjølt eller nedkjølt hurtig. For-utsatt at avkjøling foregår tilstrekkelig raskt, vil det ved noen oksyder oppstå glass. ■ Ved noen glassdannende oksyder vil oksydet være av krystallinsk form. Langsommere- kjøling av samtlige oksydsmeltemasser vil alltid medføre krystallisering. Kjø-lehasti-gheten er derfor kritisk ved tilvirking av glass av oksyd-smelter. Glasstypene er forskjellig beskrevet såsom glassaktig, amorft eller ukrystallinsk. Det viktige kjennetegn er fraværet av krystalldannelser i deres struktur. Glass og krystallinske materialer, kan lett skjelnes fra hverandre ved undersøkelse av deres respektive fysiske egenskaper,, særlig de optiske og diffrak-sjonsmessige. Samtlige glasstyper ér termodynamisk metastabile og vil med tiden eller ved termisk behandling alltid tilbake-vende til sine stabilere, krystallinske former, hvorav f.eks. kvarts er den krystallinske form av silisiumoksyd.

Av alle -rene oksydglasstyper, er silisiumoksydglass mest lettformelig og minst utsatt for avglassing eller krystallisering. Av den grunn kan forholdsvis store kvantiteter av oksydet blandes med silisumoksyd under opprettholdelse av de glassdannende egenskaper. Handelsførte glasstyper inneholder ca. 30 vektprosent både av soda (Na20) og kalk (CaO) og er kjent som soda-kalk-kiselglass.

For å frembringe glass med forskjellige egenskaper kan det tilsettes andre oksyder, f.eks. titanoksyd (Ti02) eller blyoksyd

(PbO), for øking av brytningsindeksen og egenvekten, aluminium-oksyd (A^O^) for øking av mykningstemperaturen og seigheten, eller jernoksyd ( Fe^ O^) for farging etc.

En prosess som beskrevet i det ovenstående, men under anvendelse av temperaturprofil T, er egnet for fremstilling av perler av enhver glasstype av tidligere beskrevet sammensetning.

Ved anvendelse av en høytemperaturprosess er det mulig å fremstille glassperler av knust kvarts eller direkte av kvarts eller kvartsrik sand av egnet kornstørrelse og kvalitet.

Smeltepunktet for kvarts (1632°C) ligger godt innenfor det temperaturområde som kan oppnås' ved oksygenanrikning eller ved luftforvarming.

Perler som er fremstilt av en rimelig, ren kvarts vil i praksis bestå av rent kiselglass og vil av den grunn kjenne-, tegnes ved en betydelig, kjemisk og fysisk bestandighet.

Ved utøvelse av fremgangsmåten for glassperlefremstilling under anvendelse av den beskrevne smelteovn, vil perlene med all sannsynlighet produseres ved virkningsgrader som er uhyre overlegne i forhold til de' ydelser som kan oppnås ved kjente smelteovner. Dette skyldes en kombinasjon av omstendigheter, innbefattende: a) den forbedrede forbrenning av gassblandingen i kammeret. Det antas i virkeligheten at forholdene tilnærmelsesvis motsvarer de forhold som betraktes som ideelle ved forbrenning av gasser, b) varmeoverføringsegenskapene ved det turbulente miljø i smelteovnen, som muliggjør hurtig og effektiv overføring av .

varme fra ovnatmosf æren til. glasspartiklene,

c) den aerodynamiske styring av svevebanen for perlene i kammeret,'hvilket innebærer

I at små perler har lave og korte svevebaner og

II at store perler har høye og lange svevebaner,

d) tettheten av perlegruppen i smelteovnen kan økes markert,, slik at perlene kan plasseres meget tettere sammen,

fordi perlenes svevebaner kan reguleres som tidligere omtalt, og dette blir.oppnådd uten å øke faren for kollisjon mellom partikler og' perler, hvorved risikoen for sammensmelting mellom partikler og. perler unngås,

e) . de overlegne kjøleegenskaper ved det luftteppe som

er opprettet umiddelbart ved kammerets yttervegg, som medfører

I at perlene avkjøles hurtigere, og

II at vedhefting av perler til ovnsveggen forhindres, og

f) opprettelsen av temperaturgradient .av "flosshatt-type" som forløper diametralt over smelteovnen når denne er i

bruk.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av glassperler.innbefattende følgende trinn: a) innføring av en første, brennbar gass eller gassblanding.i et stort sett sylinderformet kammer, b) antenning av den første gass, for opprettelse av en flamme av tilstrekkelig størrelse og temperatur til å smelte glasspartikler som innføres i flammen, c) karakterisert ved prosesstrinn som omfatter innføring av en andre strøm av gass eller gassblanding i kammeret, vesentlig tangentialt til kammerveggen, for: I å bibringe flammen en roterende bevegelse i likhet med en hvirvelstrøm, og II å opprette en bråkjølingssone av gass som omgir flammen, d) innføring av partikler av glass eller glassdannende materialer i den -hvirvlende flamme på slik måte at partiklene trenger inn i flammen ved eller mot midten av denne og følger en spiralbane gjennom flammen i et tilstrekkelig tidsrom for dan-nelse av en perle som de.retter passerer inn i bråkjølingssonen hvori den størkner innen den treffer kammerveggen, og e) .oppsamling av de frembrakte perler.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at kammeret er plassert med sin akse forløpende stort sett vertikalt, at partiklene av glass injiseres oppad fra en nedre ende av kammeret, og at parlene gjenvinnes ved å falle mot den nedre kammerende, hvor de oppsamles..

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den første gass består av en blanding av en brennbar gass og luft, mens den andre gass består av luft.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 3, karakterisert ved at den brennbare gass er propan.

5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakteris sert ved at temperaturgradienten tvers over kammeret ■ har stort sett flosshattform, for opprettelse av en varmesone av tilstrekkelig temperatur til at partiklene vil danne glassperler, og en bråk.j ølingssone av meget lavere temperatur.

6. Fremgangsmåte i samsvar med krav 5,. karakterisert ved ."at temperaturen i varmesonen er i overkant av 1000°C, mens den i kjølesonen er under 300°C.

7. Fremgangsmåte i samsvar med krav 5, karakterisert ved at temperaturen i varmesonen er i overkant av. 1500°C, mens den i kjølesonen er under 500°C.

8. Fremgangsmåte i samsvar med krav 7, karakterisert ved at den første gass er en blanding av propan, luft og oksygen.

9. Anordning for fremstilling av glassperler ved utøvelse av fremgangsmåten i samsvar med krav 1, karakterisert v e d en kombinasjon som omfatter et stort sett sylindrisk kammer (10), minst én dyse (13) for innføring av. en første gass i kammeret, et tenningssystem, minst én innløpskanal (16) for inn-føring av en an.dre gass under trykk i kammeret,- et utløp (26) for avgasser, og midler (3) for injisering av partikler av glass eller glassdannende materialer i kammeret.

10. Anordning i samsvar med'krav 9, karakterisert ved at kammeret (10) er plassert med sin akse forløpende stort sett vertikalt, at i det. minste den ene dyse (13) er an-bragt ved den nedre ende av kammeraksen, at gassutløpet (26) for-løper koaksialt med kammeret ved den øvre ende av dette, og at i det minste den ene innløpskanal (16) er- anordnet i kammerets yttervegg (14).

11. Anordning i samsvar med krav 10, karakterisert ved et antall dyser (48) som er plassert stort sett i sirkelmønster rundt aksen for kammeret (10).

12. Anordning i samsvar med krav 11, karakterisert ved at glasspartikkelinjiseringsmidlene (3) innbe fatter et rør (42) som utmunner aksialt i kammeret (10) midt mellom dysene (48)..

13.A nordning i samsvar med krav 10, karakterisert ved . fire innløpskanaler (16) for sekundærgass, som er gruppert i to diametralt motsatte par.

14. Anordning i samsvar med krav 10, karakterisert ved at gassutløpets (26) diameter utgjør minst 50% av kammerdiameteren.

15.A nordning i samsvar med krav 9. karakterisert ved midler (2), innbefattende en strømningsregule-ringsventil for fremføring av den første gass.

16. Anordning i samsvar med krav 9, karakterisert ved at injektoren omfatter én ledning (57) hvorigjennom det fremføres trykkluft og hvori partiklene innmates.

17. Anordning i samsvar med krav 16, karakterisert ved at injektoren omfatter en roterbar ventil (53) for måling av partikkelfremmatingen.