RU2225850C2

RU2225850C2 - Method of manufacture of glass balls

Info

Publication number: RU2225850C2
Application number: RU2002114839/03A
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Трофимов; Т.Л. Басаргин; А.Н. Трофимов; В.И. Андрианов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Стеклопластик"
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2004-03-20

Abstract

FIELD: chemical industry; manufacture of glass balls, both solid and hollow for various filters, light reflectors and treatment of metal surfaces; fillers for resins and paints; stabilizing agents for liquids and explosives. SUBSTANCE: proposed method includes delivery of primary and secondary gas-and-air mixtures and glass powder to furnace, heating glass powder followed by its vitrification till forming of glass balls in twisted igneous flow, cooling and separation of glass balls from combustion products. Secondary gas-and-air mixture is fed to furnace over periphery of igneous flow at air excess coefficient lesser than unit. Then, twisted products of incomplete combustion of secondary gas-and- air mixture are injected by flow of primary gas-and-air mixture together with glass powder into combustion zones over length of igneous spiral. Maximum temperature of igneous flow shall exceed glass softening point by 299-350 C and ratio of maximum diameter of igneous flow to diameter of furnace is 1:2. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении из стеклопорошка стеклянных шариков как цельных, так и пустотелых, например, для фильтров различного назначения; светоотражающих устройств; для поверхностной обработки металлов; для изготовления теплоизоляционных химически стойких облегченных материалов и сферопластиков; в качестве наполнителя для термо- и реактопластов и красок; в качестве сенсибилизирующей добавки для жидких взрывчатых веществ.The invention relates to the chemical industry and can be used in the manufacture of glass powder from glass beads, both solid and hollow, for example, for filters for various purposes; reflective devices; for surface treatment of metals; for the manufacture of heat-insulating chemically resistant lightweight materials and spheroplastics; as a filler for thermo- and thermosetting plastics and paints; as a sensitizing additive for liquid explosives.

Известен способ изготовления стеклянных шариков (патент США №3190737, класс НКИ 65-21, 1965 г. - аналог), включающий подачу газовоздушной смеси совместно со стеклопорошком в нижнюю часть цилиндрической печи по ее центру, подачу периферийного воздуха к стенке печи для закручивания огневого потока в удлиненную спираль по всей высоте печи, нагрев стеклопорошка и оплавление его до образования стеклошариков под воздействием поверхностного натяжения, охлаждение и отделение стеклошариков от продуктов сгорания в специальном сепараторе, расположенном в верхней части печи.A known method of manufacturing glass balls (US patent No. 3190737, class NKI 65-21, 1965 - analogue), comprising supplying a gas-air mixture with glass powder to the bottom of a cylindrical furnace at its center, supplying peripheral air to the wall of the furnace to twist the fire flow into an elongated spiral over the entire height of the furnace, heating the glass powder and melting it to form glass balls under the influence of surface tension, cooling and separating the glass balls from the combustion products in a special separator located at the top of the stove.

Недостатком данного способа является то, что для получения стеклошариков необходимо значительное время для прохождения стеклочастиц в температурных зонах огневого потока во взвешенное состоянии по высоте печи равной 8 - 10 ее диаметров, а так как огневой поток занимает 90 - 95% ее диаметра, оставляя узкую кольцевую полоску, которую создает периферийный воздух, то за счет инерционных сил наиболее крупные стеклянные частицы свободно пролетают через эту воздушную полоску и, ударяясь о стенку печи, возвращаются обратно в огневой поток, что приводит к быстрому износу стенки и большой потребляемой мощности, а следовательно, все это снижает эффективность изготовления стеклянных шариков.The disadvantage of this method is that to obtain glass beads, considerable time is required for the passage of glass particles in the temperature zones of the fire flow in a suspended state along the height of the furnace equal to 8 - 10 of its diameters, and since the fire flow takes 90 - 95% of its diameter, leaving a narrow annular the strip created by the peripheral air, then due to inertial forces, the largest glass particles fly freely through this air strip and, hitting the furnace wall, return back to the fire stream, which leads um to rapid wear of the wall and a large power consumption, and consequently, all this reduces the efficiency of the manufacture of glass beads.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления стеклянных шариков (патент США №4385917, класс НКИ 65-21,3,1983 г. - прототип), включающий подачу первичной газовоздушной смеси и стеклопорошка в нижнюю часть цилиндрической печи по ее центру, подачу вторичной газовоздушной смеси тангенциально к стенкам печи, чтобы вызвать закручивание огневого потока от первичной газовоздушной смеси в форме вихря и создать зону охлаждения вокруг этого потока, нагрев стеклянных частиц и оплавление их до образования стеклянных шариков.The closest in technical essence and the achieved result is a method of manufacturing glass balls (US patent No. 4385917, class NKI 65-21,3,1983 - prototype), including the supply of the primary gas-air mixture and glass powder in the lower part of the cylindrical furnace in its center, the supply of the secondary air-gas mixture tangentially to the walls of the furnace to cause the fire flow to twist from the primary gas-air mixture in the form of a vortex and create a cooling zone around this flow, heating the glass particles and melting them to form teklyannyh balls.

Недостатком рассматриваемого способа является интенсивный износ печи, возникающий от трения стеклянных частиц о ее стенки, так как стеклопорошок, двигаясь в вихревом потоке, совершает радиальное движение от центра печи с небольшим подъемом по спирали, оплавляется до образования стеклянных шариков, охлаждается и, ударяясь о стенку печи, выбрасывается через ее специальные окна за пределы печи в приемник. Также существенным недостатком является большая энергоемкость за счет применения высококалорийных газов и кислорода. Все вышеперечисленные недостатки прототипа приводят к снижению эффективности и качества изготовления стеклянных шариков.The disadvantage of this method is the intensive wear of the furnace, arising from the friction of glass particles on its walls, since the glass powder moving in a vortex stream makes a radial movement from the center of the furnace with a slight rise in a spiral, melts to form glass balls, cools and, hitting the wall the furnace is thrown through its special windows outside the furnace into the receiver. Another significant drawback is the high energy intensity due to the use of high-calorie gases and oxygen. All of the above disadvantages of the prototype lead to a decrease in the efficiency and quality of manufacture of glass balls.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности и качества изготовления стеклянных шариков как цельных, так и полых.An object of the invention is to increase the efficiency and quality of manufacture of glass balls, both solid and hollow.

Для решения этой задачи, в отличие от известного способа изготовления стеклянных шариков, включающего подачу первичной и вторичной газовоздушных смесей и стеклопорошка в печь, нагрев стеклопорошка, последующее его оплавление до образования стеклянных шариков в закрученном огневом потоке, охлаждение и отделение стеклянных шариков от продуктов сгорания, в предлагаемом изобретении вторичную газовоздушную смесь подают в печь по периферии огневого потока с коэффициентом избытка воздуха меньше единицы, затем полученные продукты неполного сгорания вторичной газовоздушной смеси инжектируют потоком первичной газовоздушной смеси совместно со стеклопорошком в зоны горения по длине огневой спирали, причем максимальная температура огневого потока должна быть больше на 200 - 350°С температуры размягчения стекла, а отношение максимального диаметра огневого потока, закрученного в спираль, к диаметру печи составляет не более 1:2.To solve this problem, in contrast to the known method of manufacturing glass balls, including the supply of primary and secondary gas-air mixtures and glass powder to the furnace, heating the glass powder, its subsequent melting to form glass balls in a swirling fire flow, cooling and separating glass balls from the combustion products, in the present invention, the secondary gas-air mixture is fed into the furnace along the periphery of the fire stream with an excess air coefficient of less than unity, then the resulting products are incomplete the combustion of the secondary air-gas mixture is injected with the flow of the primary gas-air mixture together with the glass powder into the combustion zones along the length of the fire spiral, the maximum temperature of the fire flow must be more than 200 - 350 ° C of the glass softening temperature, and the ratio of the maximum diameter of the fire flow swirling in a spiral to the diameter of the furnace is not more than 1: 2.

На чертеже представлена принципиальная схема технологического процесса изготовления стеклянных шариков из стеклопорошка, включающая: 1 - печь, 2 - огневой поток, закрученный в виде спирали, 3 - первичная газовоздушная смесь, 4 - кольцевой периметр факела, 5 - факел, 6 - вторичная газовоздушная смесь, 7 - продукты сгорания, 8,9 - воздушные потоки, 10 - первая температурная зона, 11 - вторая температурная зона, 12 - третья температурная зона, 13 - четвертая температурная зона.The drawing shows a schematic diagram of a technological process for the manufacture of glass balls from glass powder, including: 1 - a furnace, 2 - a fire flow swirling in the form of a spiral, 3 - a primary gas-air mixture, 4 - an annular perimeter of a torch, 5 - a torch, 6 - a secondary gas-air mixture , 7 - combustion products, 8.9 - air flows, 10 - the first temperature zone, 11 - the second temperature zone, 12 - the third temperature zone, 13 - the fourth temperature zone.

Пример выполнения способаAn example of the method

По предлагаемому способу в печи 1 образовывают закрученный огневой поток 2 в виде спирали одновременно из двух горючих смесей 3 и 6 с разными коэффициентами избытка воздуха, для чего вначале подают и поджигают первичную газовоздушную смесь 3 с коэффициентом избытка воздуха больше единицы. Затем по кольцевому периметру 4 факела 5, образованного от сжигания первичной газовоздушной смеси 3 у его основания, подают и поджигают вторичную газовоздушную смесь 6 с коэффициентом избытка воздуха меньше единицы. Образованное пламя из двух горючих смесей 3 и 6, путем отбора (отсоса) из печи продуктов сгорания 7, оформляют в восходящий огневой поток, после чего в печь 1 подают воздушные потоки 8, 9 тангенциально к стенке печи 1 на закрутку огневого потока 2 в виде спирали. Стеклопорошок подают в центр огневого потока 2 при установившейся стабильности горения. Носителем его является первичная газовоздушная смесь 3.According to the proposed method, a swirling fire flow 2 is formed in a furnace 1 in the form of a spiral simultaneously from two combustible mixtures 3 and 6 with different coefficients of excess air, for which the primary gas-air mixture 3 is first fed and ignited with an excess coefficient of air greater than unity. Then, along the annular perimeter 4 of the torch 5 formed from burning the primary gas-air mixture 3 at its base, the secondary gas-air mixture 6 is fed and set on fire with an excess air coefficient of less than one. The flame formed from two combustible mixtures 3 and 6, by selection (suction) from the furnace of combustion products 7, is formed into an upward flow of fire, after which air flows 8, 9 are fed into the furnace 1 tangentially to the wall of the furnace 1 to twist the fire stream 2 in the form spirals. The glass powder is fed to the center of the fire stream 2 with steady combustion stability. Its carrier is a primary gas-air mixture 3.

В зависимости от химического состава стекла и размеров стеклянных частиц порошка устанавливают длину и диаметр огневого потока 2 и его зоны с оптимальным температурным режимом. При тугоплавком стекле и крупных стеклочастицах (например, 150 - 250 мкм) настроечные параметры приближают к их максимальным значениям.Depending on the chemical composition of the glass and the size of the glass particles of the powder, the length and diameter of the fire stream 2 and its zone with the optimum temperature regime are set. With refractory glass and large glass particles (for example, 150 - 250 microns), the tuning parameters bring them closer to their maximum values.

Стеклопорошок превращают в стеклянные шарики при его движении в печи 1 через три основные температурные зоны 10, 11 и 12 огневого потока 2.Glass powder is turned into glass balls during its movement in the furnace 1 through three main temperature zones 10, 11 and 12 of the fire stream 2.

В первой зоне 10 осуществляют нагрев стеклянного порошка. Зона 10 имеет температуру огневого потока 2 ниже температуры размягчения стекла на 200 - 350°С. В печь подают первичную и вторичную газовоздушные смеси 3 и 6, стеклопорошок и воздушные потоки 8 и 9 на закрутку огневого потока 2.In the first zone 10, the glass powder is heated. Zone 10 has a temperature of the firing stream 2 below the softening temperature of the glass by 200 - 350 ° C. The primary and secondary gas-air mixtures 3 and 6, glass powder and air streams 8 and 9 are fed into the furnace to swirl the fire stream 2.

Во второй зоне 11 производят оплавление стеклянного порошка. Температура огневого потока 2 в этой зоне должна быть больше на 200 - 350°С температуры размягчения стекла. Стабильностью формы огневого потока 2, закрученного в спираль, максимальный диаметр которого при регулировании режимов горения не должен превышать диаметра окружности, образованной вторичной газовоздушной смесью 6 при подаче ее в печь 1, что соответствует не более 50% диаметра печи 1. В этой зоне стеклянные частицы порошка, оплавляясь, превращаются за счет сил поверхностного напряжения в стеклошарики цельные или полые.In the second zone 11, glass powder is melted. The temperature of the fire stream 2 in this zone should be 200 to 350 ° C higher than the softening temperature of the glass. The stability of the shape of the fire stream 2, twisted into a spiral, the maximum diameter of which when regulating the combustion regime should not exceed the diameter of the circle formed by the secondary gas-air mixture 6 when feeding it into the furnace 1, which corresponds to no more than 50% of the diameter of the furnace 1. In this zone, glass particles powder, melted, are transformed due to the forces of surface tension into glass beads, whole or hollow.

В третьей зоне 12 обеспечивают охлаждение стеклянных шариков. В зону подают воздух 9 для поддерживания закрутки огневого потока 2 и охлаждения стеклянных шариков. Эта зона характеризуется спадом температуры горения до 200 - 300°С и постепенной потерей спирали огневого потока 2.In the third zone 12, glass balls are cooled. Air 9 is supplied into the zone to maintain the spin of the fire stream 2 and to cool the glass balls. This zone is characterized by a drop in combustion temperature to 200 - 300 ° С and a gradual loss of the fire flow spiral 2.

В кольцевой зоне 13 создают закрученное движение воздушных потоков 8 и 9, подающих в печь 1 тангенциально к ее стенке. Зона образована между стенкой печи 1 и огневым потоком 2 по длине печи 1 и предназначена для образования движения огневого потока 2 по спирали для охлаждения стенки печи 1 и предохранения ее от ударов стеклянных частиц, случайно вылетающих за пределы огневого потока 2. Максимальная температура зоны ~ до 200 - 300°С.In the annular zone 13 create a swirling movement of air flows 8 and 9, feeding into the furnace 1 tangentially to its wall. The zone is formed between the wall of the furnace 1 and the fire stream 2 along the length of the furnace 1 and is designed to generate the movement of the fire stream 2 in a spiral to cool the wall of the furnace 1 and protect it from impacts of glass particles accidentally flying outside the fire stream 2. The maximum temperature of the zone is ~ to 200 - 300 ° C.

Таким способом в образованном огневом потоке 2 обеспечивают высокотемпературный градиент по поперечному сечению порядка 1300 -1500°С, что позволяет получить при минимальном времени нахождения стеклопорошка в огневом потоке 2 качественные стеклошарики, которые далее отделяют от продуктов сгорания в циклонных сепараторах, установленных за пределами печи 1.In this way, a high-temperature gradient in the cross section of the order of 1300 -1500 ° C is provided in the formed fire stream 2, which allows to obtain high-quality glass balls with a minimum residence time of the glass powder in the fire stream 2, which are further separated from the combustion products in cyclone separators installed outside the furnace 1 .

Claims

A method of manufacturing glass balls, including the supply of primary and secondary gas-air mixtures and glass powder to the furnace, heating the glass powder, its subsequent melting to form glass balls in a swirling fire flow, cooling and separating glass balls from the combustion products, characterized in that the secondary gas-air mixture is fed into the furnace along the periphery of the fire flow with an excess air coefficient of less than unity, then the resulting products of incomplete combustion of the secondary gas-air mixture are injected the primary gas-air mixture together with glass powder into the combustion zones along the length of the fire spiral, with the maximum temperature of the fire flow being 200–350 ° С higher than the softening temperature of the glass, and the ratio of the maximum diameter of the fire flow swirling in a spiral to the diameter of the furnace is not more than 1: 2.