СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛЯННЫХ ШАРИКОВ

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.

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.

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.

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.

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.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности и качества изготовления стеклянных шариков как цельных, так и полых.

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.

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.

Пример выполнения способа

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.

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.

Стеклопорошок превращают в стеклянные шарики при его движении в печи 1 через три основные температурные зоны 10, 11 и 12 огневого потока 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.

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.

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.

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.

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.