способ изготовления стеклянных микрошариков

Формула изобретения

Способ изготовления стеклянных микрошариков, включающий измельчение исходного сырья, воздушную классификацию стеклопомола по размерным группам в циклонных установках, подачу полученного стеклопорошка в печь, термическое формование стеклянных микрошариков, их охлаждение и классификацию в циклонных установках, совмещенную с отделением стеклянных микрошариков от продуктов сгорания, отличающийся тем, что классификацию стеклопомола и стеклянных микрошариков проводят как минимум двумя воздушными потоками, один воздушный поток является несущим, другой - отсекающим стеклянные частицы или стеклянные микрошарики из несущего потока с наибольшей массой и наибольшими размерами в сборник-накопитель путем подсоса или нагнетания воздуха из окружающей среды в зону соединения потоков, расположенную в конусной части циклонных установок, при этом мощность отсекающего потока устанавливают в соответствии с параметрами отсекаемых стеклянных частиц или стеклянных микрошариков, входящих в размерные группы, и выдерживают ее меньше мощности несущего потока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства неорганических мелкодисперсных наполнителей, а именно стеклянных микрошариков, как цельных, так и полых микросфер, которые могут быть использованы в химической, судостроительной, авиационной и других отраслях промышленности, а также в строительной индустрии.

Известен способ изготовления стеклянных микрошариков (патент РФ №2081858, кл. С03В 19/10, 1993 г. - аналог), включающий измельчение исходного сырья, его двухступенчатую воздушную классификацию по размерным группам, подачу полученного стеклопорошка в печь формования, термическое формование стеклянных микрошариков, их охлаждение и отделение от продуктов сгорания с одновременной классификацией микрошариков на четыре размерных группы.

В данном способе классификацию стеклопомола осуществляют вначале при совмещении с процессом измельчения стекла, где происходит отбор из общей массы стеклопомола крупных стеклянных частиц и возврат их на повторное измельчение - это первая предварительная ступень классификации по максимальному размеру стеклянных частиц (далее по тексту «по верхнему пределу размеров стеклянных частиц»). Классификацию стеклопомола проводят в циклонной установке (сепараторе), где из его общей массы под действием центробежных сил отделяется стеклянная пыль (частицы стекла менее 15 мкм). Это вторая ступень классификации по наименьшему размеру стеклянных частиц (далее «по нижнему пределу размеров стеклянных частиц»).

Недостатком способа является то, что классификация стеклопомола по данному способу обеспечивает получение только одной размерной группы стеклопорошка с большим диапазоном разброса размеров стеклянных частиц в ней, например от 10 мкм до 160 мкм или от 15 мкм до 140 мкм (патент №2081858, примеры осуществления способа №1 и №2). Из таких размерных групп стеклопорошков, при термическом формовании стеклянных микрошариков, мелкие стеклочастицы превращаются в спеки, а крупные недоформовываются, причем полученные стеклянные микрошарики подлежат дополнительной классификации на размерные группы.

В данном аналоге этих групп четыре. Поэтому большого выхода стеклянных микрошариков с обеспечением высокого их качества и с минимальными энергетическими и материальными затратами, в рассматриваемом способе, без размерных групп стеклопорошков с узким диапазоном разброса размеров стеклянных частиц, достичь нельзя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения стеклянных микрошариков (патент РФ №2233808, класс С03В 19/10, 2004 г. - прототип), включающий измельчение исходного сырья, его классификацию в воздушном потоке по размерным группам после предварительной термической обработки, подачу полученного стеклопорошка в печь, термическое формование стеклянных микрошариков, их охлаждение и отделение от продуктов сгорания в циклонных установках с обеспечением классификации микрошариков по размерным группам.

Этот способ, для лучшего разделения частиц стекла при классификации стеклопорошка, включает предварительную термообработку последнего. Но это не позволяет получать в процессе работы необходимый узкий диапазон разброса размеров стеклянных частиц в размерных их группах (например, в пределах 15 мкм) и достигать качественных характеристик стеклянных микрошариков с достаточно большим процентом выхода в каждой размерной группе микрошариков без дополнительной их классификации.

Как в этом, так и в предыдущих известных способах узкий диапазон разброса размеров стеклянных частиц в размерных их группах при классификации стеклопомола в циклонных установках, в которых действует один воздушный поток с центробежными силами, получить невозможно. Это объясняется тем, что под действием центробежных сил к внутренней стенке циклона прижимаются не только крупные стеклянные частицы, но и мелкие тоже, образуя смешанный, с нечетко выраженными межслойными границами поток, из которого интенсивный отбор мелких стеклянных частиц происходит только с внутреннего его слоя, а то что остается у стенки циклона и в межслойных границах - попадает в бункер циклона.

Техническим результатом изобретения является повышение выхода стеклянных микрошариков высокого качества, снижение энергетических и материальных затрат.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления стеклянных микрошариков, включающем измельчение исходного сырья, воздушную классификацию стеклопомола по размерным группам в циклонных установках, подачу полученного стеклопорошка в печь, термическое формование стеклянных микрошариков, их охлаждение и классификацию в циклонных установках, совмещенную с отделением стеклянных микрошариков от продуктов сгорания, классификацию стеклопомола и стеклянных микрошариков проводят как минимум двумя воздушными потоками, один воздушный поток является несущим, другой - отсекающим стеклянные частицы или стеклянные микрошарики из несущего потока с наибольшей массой и наибольшими размерами в сборник-накопитель путем подсоса или нагнетания воздуха из окружающей среды в зону соединения потоков, расположенную в конусной части циклонных установок, при этом мощность отсекающего потока устанавливают в соответствии с параметрами отсекаемых стеклянных частиц или стеклянных микрошариков, входящих в размерные группы, и выдерживают ее меньше мощности несущего потока.

На чертеже изображена принципиальная схема технологической линии для осуществления предлагаемого способа.

В состав основного оборудования технологической линии изготовления стеклянных микрошариков входят:

1 - измельчитель (мельница) стеклогранулята с регулируемым верхним пределом размеров стеклянных частиц, получаемых после помола;

2, 3 - циклонные установки, соединены последовательно друг с другом, причем на конусной части обеих циклонных установок установлена регулируемая запорная арматура 4 (краны или вентили или шибера), для подачи и изменения мощности подсасываемого или нагнетаемого воздушного потока из окружающей среды во внутрь циклонного установок;

5 - сборники-накопители (бункера);

6 - рукавный фильтр для улавливания стеклянной пыли (стеклочастицы размером менее 12 мкм) и других вредных примесей;

7 - вентиляционная установка, создающая всасывающий воздушный поток, несущий стеклопомол;

8 - питатели размерных групп стеклопорошков;

9 - вертикальные печи для термического формования стеклянных микрошариков;

10 - циклонные установки (аналогичные установкам 2 и 3) для сбора недоформованных и наиболее крупных стеклянных микрошариков (по каждой размерной группе);

11 - циклонные установки, отделяющие стеклянные микрошарики от продуктов сгорания;

12 - вентиляционные установки, создающие всасывающие воздушные потоки, несущие стеклянные микрошарики;

«А» и «Б» - технологические потоки термического формования стеклянных микрошариков.

Предложенный способ изготовления стеклянных микрошариков с размером 25-70 мкм и 70-160 мкм осуществляют следующим образом.

Исходное сырье (стеклогранулят) подают в бункер измельчителя (мельница) 1, где его измельчают до верхнего предела размеров стеклянных частиц, например, до 60 мкм.

Полученный стеклопорошок классифицируют на три группы: первая группа - 12-30 мкм, вторая группа - 30-60 мкм, которые являются рабочими. Третья группа нерабочая - пылевидная, размером стеклянных частиц менее 12 мкм. Эту классификацию осуществляют в закрученном воздушном потоке в двух циклонных установках 2 и 3, последовательно расположенных на всасывающем участке воздушного потока, создаваемого вентиляционной установкой 7.

В циклонных установках 2 и 3 организовано взаимодействие двух воздушных потоков, один, поступающий в циклонные установки тангенциально к их внутренним стенкам и, превращаясь в закрученный, является несущим стеклопомол, другой - отсекающим стеклопомол в диапазоне размеров стеклочастиц, соответствующих рабочей размерной группе, организованный путем подсоса или нагнетания окружающего воздуха в конусную часть циклонных установок. Отсекаемый диапазон размеров стеклянных частиц по каждой их размерной группе достигается величиной подсоса или нагнетания, устанавливаемых регулирующей запорной арматурой (краном или вентилем или шибером) 4.

В циклонной установке 2 диапазон размеров стеклочастиц выдерживают в пределах 30-60 мкм, а в циклонной установке 3 - в пределах 12-30 мкм. Оставшуюся, третью, пылевидную группу стеклопорошка со стеклочастицами менее 12 мкм отделяют от воздушного (несущего) потока в рукавном фильтре 6.

Таким образом, после получения одновременно двух размерных групп стеклопорошка с узким диапазоном разброса размеров стеклочастиц термическое формование стеклянных микрошариков осуществляют одновременно двумя технологическими потоками «А» и «Б».

В технологическом потоке «А» получают микрошарики в диапазоне 70-160 мкм из размерной группы стеклопорошка, включающего стеклянные частицы в диапазоне размеров 30-60 мкм.

В технологическом потоке «Б» получают микрошарики в диапазоне 25-70 мкм из размерной группы стеклопорошка, включающего стеклянные частицы в диапазоне размеров 12-30 мкм.

Количество одновременно действующих технологических потоков термического формования стеклянных микрошариков, с разными диапазонами размеров, при необходимости, может быть увеличено путем увеличения количества циклонных установок с запорной арматурой, регулирующей подсасываемый или нагнетаемый (отсекающий) воздушный поток.

Из накопительных бункеров 5 циклонных установок 2 и 3 отсеченный стеклопорошок по размерным группам соответственно потокам «А» и «Б» подают в питатели 8, обеспечивающие подачу стеклопомола в печи 9, где в огневом потоке при температуре 1000-1400°С стеклянные частицы, расплавляясь, принимают форму сфер под действием поверхностного натяжения.

Таким образом осуществляют термическое формование микрошариков из стекла, затем полученные микрошарики двумя потоками «А» и «Б» подают в циклонные установки 10, в которых недоформованные и превышающие размеры своего верхнего предела микрошарики отсекают подсасывающим или нагнетающим воздушными потоками в накопительные бункера 11, при этом несущий воздушный поток создают вентиляционными установками 13, а отсекающий воздушный поток регулируют также запорной арматурой 4.

Далее откалиброванные микрошарики подают в циклонные установки 12, которые обеспечивают их отделение от продуктов сгорания.

Таким образом, получив одновременно две рабочие размерные группы стеклопомола с узким диапазоном разброса размеров стеклянных частиц, предлагаемый способ обеспечивает одновременное проведение термического формования стеклянных микрошариков, например двумя потоками, и получение двух размерных групп микрошариков: 1 гр. - 25-70 мкм; 2 гр. - 70-160 мкм, без дополнительной их классификации, что в свою очередь повышает качество микрошариков и снижает энергетические и материальные затраты.