способ изготовления стеклянных шариков

Формула изобретения

1. Способ изготовления стеклянных шариков, включающий введение частиц стекла заданного размера в беспламенную горелку транспортирующим потоком газовоздушной смеси, имеющим избыток воздуха по отношению к газообразному углеводородному топливу, последующий нагрев этих частиц до температуры размягчения в изотермическом факеле, образующемся при сгорании этой смеси, отличающийся тем, что потоком транспортирующей газовоздушной смеси в горелку вместе с частицами стекла дополнительно вводят частицы твердого топлива с приведенным диаметром



где S_у - приведенный диаметр частиц твердого топлива;

S_с - приведенный диаметр частиц стекла;

К = (2,4 0,2) 10^-4;

- плотность стекла;

T_к - калометрическая температура смеси твердого и газообразного топлива;

- пирометрический коэффициент установки, в которой осуществляется нагрев частиц стекла;

T_о - температура частиц стекла при их введении в поток газовоздушной смеси;

T_р - температура, при которой вязкость стекла составляет 10⁸ П с,

и нагревают частицы стекла в факеле, образующемся при сгорании частиц твердого топлива и газообразного углеводородного топлива, содержащихся в транспортирующем потоке газовоздушной смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в поток транспортирующей газовоздушной смеси вводят частицы твердого топлива в количестве N_у = (4 10%)N_с, где N_у - количество частиц твердого топлива, N_с - количество частиц стекла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении из стеклопорошка стеклянных шариков, предназначенных для фильтров различного назначения, светоотражающих устройств, а также для струйно-абразивной обработки поверхности металлов.

Известен способ изготовления стеклянных шариков путем введения частиц стекла в факел горелки потоком газовоздушной смеси, имеющей недостаток воздуха по отношению к газообразному углеводородному топливу, нагрев стеклянного порошка в этом факеле продуктами неполного сгорания углеводородного топлива и дожигание углерода на поверхности частиц стекла путем введения в факел горелки избытка воздуха [1].

Вследствие малого содержания воздуха в известном способе газовоздушная смесь имеет низкую транспортирующую способность. При этом в факел горелки вводят избыточное количество газообразного углеводородного топлива по отношению к количеству нагреваемых частиц стекла, что приводит к увеличению его удельного расхода на единицу массы получаемых шариков.

Кроме того, продукты неполного сгорания газообразного углеводородного топлива, увеличивая степень черноты факела, не обеспечивают высокой скорости нагрева частиц стекла до температуры размягчения из-за низкой теплопроводности сажистого углерода, осаждающегося на поверхности этих частиц. Низкая скорость нагрева частиц стекла в факеле горелки сужает технологические возможности известного способа, так как не позволяет получать шарики больших размеров, а также шарики из тугоплавких стекол и/или стекол с большой плотностью, так как для их получения необходимо нагревать частицы стекла продуктами неполного сгорания газообразного углеводородного топлива в факеле, имеющем большую протяженность при малых перепадах температуры по сечению факела (в изотермическом факеле). Создание такого факела технически трудно осуществимо.

Известен способ изготовления стеклянных шариков путем введения частиц стекла в беспламенную горелку потоком газовоздушной смеси, имеющей избыток воздуха по отношению к газообразному углеводородному топливу, последующий нагрев этих частиц до температуры размягчения в изотермическом факеле горелки, образующемся при полном сгорании газовоздушной смеси [2].

В известном способе частицы стекла нагревают в факеле, имеющем малую степень черноты, что не позволяет достичь высокой скорости нагрева этих частиц до температуры размягчения. Низкая скорость нагрева частиц стекла в факеле горелки затрудняет получение шариков больших размеров (более 50 мкм), а также шариков из тугоплавких стекол и/или стекол с большой плотностью, так как для их получения необходимо нагревать частицы стекла в изотермическом факеле большой протяженности. Создание такого факела трудно осуществимо.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в расширении технологических возможностей путем увеличения скорости нагрева частиц стекла в факеле горелки до температуры их размягчения и снижении удельного расхода газообразного углеводородного топлива на единицу массы получаемых шариков.

Для решения этой задачи, в отличие от известного способа изготовления стеклянных шариков, включающего введение частиц стекла заданного размера в беспламенную горелку транспортирующим потоком газовоздушной смеси, имеющим избыток воздуха по отношению к газообразному углеводородному топливу, последующий нагрев этих частиц до температуры размягчения в изотермическом факеле, образующемся при сгорании этой смеси, в предлагаемом способе потоком транспортирующей газовоздушной смеси в горелку вместе с частицами стекла дополнительно вводят частицы твердого топлива с приведенным диаметром



где

S_y, S_c - приведенный диаметр частиц твердого топлива и частиц стекла соответственно;

- плотность стекла (кг/м³, K = (2,40,2)10^-4 (м³/кг);

t_k- калометрическая температура смеси твердого и газообразного топлива (^oC);

- пирометрический коэффициент установки, в которой осуществляется нагрев частиц стекла;

t_o - температура частиц стекла при их введении в поток газовоздушной смеси (^oC);

t_p- температура, при которой вязкость стекла составляет 10⁸ Пас,(^oC),

и нагревают частицы стекла в факеле, образующемся при сгорании частиц твердого топлива и газообразного углеводородного топлива, содержащихся в транспортирующем потоке газовоздушной смеси.

При сжигании в факеле горелки частиц твердого топлива с приведенным диаметром менее величины приведенного диаметра, получаемого из указанного выше математического выражения, повышается степень черноты факела и увеличивается скорость нагрева частиц стекла в этом факеле, но из-за малого времени сгорания частиц твердого топлива частицы стекла не успевают нагреться в таком факеле до температуры размягчения и сферизоваться. В результате этого формируются стеклянные шарики неправильной формы.

При сжигании в факеле горелки частиц твердого топлива с приведенным диаметром более величины приведенного диаметра, получаемого из указанного выше математического выражения, происходит их сгорание за время большее, чем это необходимо для размягчения и сферизации частиц стекла. Это приводит к увеличению удельного расхода твердого топлива на единицу массы получаемых шариков, а также к образованию конгломератов неправильной формы вследствие слипания перегретых частиц стекла. Кроме того, при сжигании частиц угля таких размеров происходит засорение получаемого продукта крупными частицами золы или несгоревшего твердого топлива, что требует последующей дополнительной очистки получаемого продукта.

Примеси частиц твердого топлива с приведенным диаметром, отличным от диапазона размеров, получаемых из указанного математического выражения, не должны составлять более 20% суммарной массы частиц твердого топлива, вводимых в поток газовоздушной смеси.

При введении в горелку газовоздушной смесью частиц стекла и твердого топлива в соотношении N_y=(410%)N_c, где N_y - количество частиц твердого топлива, N_c - количество частиц стекла, в факеле горелки повышается равномерность обогрева частиц стекла, так как частицы твердого топлива координируются вокруг частиц стекла по типу решетки гранецентрированного куба. Указанное количественное соотношение между частицами твердого топлива и стекла позволяет полностью исключить брак в получаемом продукте при минимальном расходе топлива на 1кг стекла.

Частицы твердого топлива могут быть введены в факел горелки в виде чистого графита, древесного угля, кокса или другого малозольного твердого топлива.

В качестве газообразного топлива в составе газовоздушной смеси может быть использован природный газ, метан, этан, ацетилен и другие газообразные углеводороды, а также их смеси или пары жидких углеводородов.

Сущность предлагаемого способа поясняется примерами конкретного исполнения.

Для получения стеклянных шариков предварительно измельчают стекло в конусно-инерционной дробилке, а затем просеивают полученный порошок через сито-бурат, отделяя частицы стекла с заданным приведенным диаметром. Аналогично получают порошок углерода с заданным приведенным диаметром частиц



где

S_y - приведенный диаметр частиц углерода;

S_c - приведенный диаметр частиц стекла;

K = (2,402)10^-4 (м³/кг);

- плотность стекла (кг/м³);

t_k - калориметрическая температура смеси твердого и газообразного топлива (^oC);

= 0,72 - пирометрический коэффициент установки;

t_o- температура частиц стекла при их введении в поток газовоздушной смеси (^oC);

t_p - температура, при которой вязкость стекла составляет 10⁸ Пас, (^oC).

Затем частицы стекла и углерода перемешивают в соотношении N_y= (410%)N_c, где: N_y - количество частиц твердого топлива; N_c- количество частиц стекла, и подают их в печь с пирометрическим коэффициентом = 0,72 через беспламенную инжекционную горелку. При этом поток транспортирующей газовоздушной смеси имеет коэффициент избытка воздуху = 1,053,14 по отношению к газообразному углеводородному топливу. В горелке этот поток проходит через смеситель, в котором происходит дополнительное перемешивание частиц стекла и углерода вихревыми потоками транспортирующей газовоздушной смеси. На выходе из горелки природный газ и частицы углерода, содержащиеся в транспортирующем потоке газовоздушной смеси, сгорают, образуя изотермический факел протяженностью 0,2518 м со степенью черноты 0,95-1,00, превышающей степень черноты факела, образующегося при сгорании только углеводородного топлива (0,15 - 0,20). В этом факеле происходит быстрый нагрев частиц стекла до температуры размягчения и их сферизация. Затем частицы стекла охлаждают и осаждают.

Ниже приведены конкретные данные по изготовлению стеклянных шариков из оконного стекла ( = 2500 кг/м³) при их начальной температуре t_o=20^oC, (см. табл.1).

При изготовлении предлагаемым способом шариков из оконного стекла диаметром до 300 мкм и шариков из хрустального стекла диаметром до 200 мкм были получены аналогичные результаты.

При изготовлении стеклянных шариков из оконного стекла ( = 2500 кг/м³) и начальной температуре t_o=20-550^oC были получены следующие результаты (см. табл. 2).