专利名称:玻璃球的生产方法和设备的制作方法
本发明涉及到一种生产玻璃球的方法，在此方法中，原料在一燃烧室中受到火焰的作用，以致该原料被加热并制成所说的玻璃球，并被从所说的燃烧室中取出。本发明还涉及到制作玻璃球的设备，其中包括一燃烧室，给所说的燃烧室提供燃料和助燃物以便产生火焰的设备和往火焰中加原料以便加热和转化成玻璃球，并将制成的球从燃烧室中取出的设备。
用于固体玻璃球的生产和泡沫玻璃球的生产的各种方法和设备已为人所知。
例如，在固体球的制造过程中，人们已知将运载气流中破碎的玻璃颗粒原料送给燃烧室，在燃烧室中，玻璃颗粒流被火焰加热，从而使破碎的玻璃成为球粒。同样地，对于泡沫球的制造，人们已知是给燃烧室提供一种小球状原料。在燃烧室中，由于火焰的作用，这些小球被加热，并且转化成泡沫玻璃球。这样一种原料通常是由喷雾-干燥一种溶液(例如一种以水合硅酸钠溶液为主，而且还含有一种泡沫剂(例如脲)的溶液)而制成。
加热原料的方式对成形球的质量和产量来说是致关重要的，尤其是当那些球要制成泡沫玻璃球时。同时，对生产过程的经济性也是很重要的。快速加热对形成球粒和(或)原料的玻璃化是有利的，而这需要火焰和原料间的良好热接触。为了获得一个均匀质量的产品，重要的是通过此种生产方法所制成的球在燃烧室中应被均匀地加工，同时减小固体材料间的粘结和(或)粘附到燃烧室侧壁上的倾向也是重要的，上述粘结和粘附情况，可能是在原料转化成球期间，加热过度而造成的。
本发明的一个目的是为了有助于至少满足上述一些要求。
根据本发明提出的一种生产玻璃球的方法，在此方法中，原料在燃烧室中受到火焰的作用，使该原料被加热，并制成所说的玻璃球，此后，这些球被从所说的燃烧室中取出。其特征在于上述所说的供给燃烧室的原料扩散在运载气流中，这种运载流是一种混合物，其中包括给燃烧室内火焰提供的燃料气体和氧气，同时不燃气体也提供给燃烧室，用以保持一个气流，该气流沿着火焰轨迹，且在火焰周围流动，以形成一个气体环。
由本发明提供的各种综合特性，确保对原料进行均匀和良好地加工，以增加所得高质量球的产量。由于采用了将原料和气体提供给燃烧室的这种方法，每个未成形的球被一稳定的火焰完全包围，使它们在气体环内被迅速加热，这个气体环把附加动能传给原料和球，以便将加工好的球收集起来输送出燃烧室，而且同时使球保持在充分扩散的状态下，从而避免了球粘结或粘附到燃烧室的侧壁上。本发明所采用的方法的一个更重要的优点是，人们已发现，在有效的制球过程中，燃烧室的侧壁要比其它情况下冷，并且这样有利于提高热加工的经济性，而且有助于延长燃烧室的有效工作寿命。
在本发明的最佳实施方式中，所说的气体环由提供给燃烧室的空气形成，这对提高经济性和方便性都是有利的，并且由于氮气存在的结果，提供了一个有利的稳定因素。该气体环能提供一层高效的屏幕，以阻止玻璃的或能玻璃化的材料碰撞燃烧室的侧壁。同样，所提供的这种空气中的附加氧气促进了燃料气体的完全燃烧，更进一步提高了燃料的经济性。由于类似的原因，最好是所说的不燃气体内补充的氧气能保证在燃烧室内的氧气超过维持所说燃料完全燃烧所需的氧气量。
最好是如果给所说的气体环提供的空气至少是为完全燃烧所说燃料所需空气的三倍，这将使本发明的优点更加显著。
除球的粘结和它们粘附到燃烧室侧壁的问题以外，如果加热过度，还会出现某些更进一步的问题，尤其就泡沫球来说。如果泡沫球被加热的过度，泡壁被软化到这样一个程度以致使它们产生毁坏的趋势，从而导致良好成型球的合格率降低。
因此，希望限制燃烧室中加热球的火焰温度。人们已经知道，调节火焰温度有三种方法，而每一种方法用在本发明所涉及的那种生产方法中，都会表现出自己的不利之处。首先，火焰温度可通过适当选择燃料来调节。可是实际上，由于经济上的考虑通常要求所用燃料应是地方管道煤气供给，即城市煤气，或更普通的天燃气。当然，其它燃料也能使用，但这势必不成比例地增加生产成本。当使用所提供的燃料时，火焰温度能够通过给火焰提供过多的燃料或过多的空气来调节。如果提供过多的燃料，因为用于完全燃烧的氧气不足，所产生的火焰将大大减小，从而当本发明的生产方法在这些条件下实施时，所生产的球势必变黑，这就造成了它们使用方面的严重局限性。反之，为了限制火焰温度，如果提供过多的空气，火焰将不会保持稳定，从而导致球加工的不均匀。使用过多的空气，对燃料的完全燃烧是不利的，并且会大大减小火焰的传播速度。当一种大体上精细分成的材料在火焰内扩散时，火焰被抑制的趋势将增加，当然它一定是在上述类型的一种生产方法的实施中。简言之，以前所知的生产方法是不令人满意的。
采用本发明的某些最佳实施方式，不管所用燃料气体发热量的大小，这些问题都能够得到解决。
在本发明的一些最佳实施方式中，所说的燃料气体具有的发热量至少为6000千卡/浬3。例如，可以使用具有大约8000千卡/浬3发热量的天然气。人们已发现，使用这样一种在运载气流(它被一个气体环包围着，而这个气体环给燃烧室提供过多的补充氧气)中与氧气混合的燃料，特别是当有大量过多的空气提供给燃烧室时使用那种燃料，在降低火焰温度和延长火焰方面会产生有利作用，从而提高了成形良好、加工均匀的球的产量，而不会有抑制住火焰或使球变黑的危险。在这种实施方式中，最好所说的运载气流是一种极易燃烧的混合物，这进一步减小了抑制住火焰的任何危险。尤其有利的是，运载气流中包含氧气的比例占所说燃料室内完全燃烧所需量的1/4～3/4，而更可取的比例是占所说燃料完全燃烧所需量的1/3～2/3。在运载气流中包含这样一个比例的氧气，促进了火焰的稳定并有利于燃料燃烧。例如，天然气(可认为是甲烷)完全燃烧所需的氧气量略小于其自身氧的体积的两倍或其自身空气体积的10倍人们已经发现所提供的运载气流的适宜比例是一份体积的天然气比5份体积的空气，是完全燃烧所需量的一半。
在本发明的其它最佳实施方式中，所说的燃料气体具有的发热量不超过5000千卡/浬3。例如可以使用城市煤气。当用于本发明的生产方法中时，这同样获得非常好的结果。
当使用一种具有这样低发热量的气体时，最好是设法增加未成形球的高温停留时间，因此使用本发明的实施例是有利的，在本实施方式中，含有燃料气体和氧气的多元气流沿着火焰长度方向至少在一个环形区带内提供给燃烧室，且几股气流相互集中，并与所说的火焰相交。有利的是在这样一个环形区带中，至少有三股这样集中的气流，以便促进加工的均匀性。最好应该至少有2个所说的环形区带，在这个环形区带内，集中的气流提供给燃烧室以便进一步增加高温持续的时间，或者更为有利的是，设置至少一个这样的环形区带，它与火焰根部的间距至少是燃烧室长度的1/3。
最好是这种集中的气流含有的燃料和氧气的比例足以满足那种燃料的完全燃烧。这促进了火焰相当稳固地会聚，以便当使用这样一种低发热量的气体时，获得良好的成形球所需的温度，而火焰的会聚有助于在这种集中气流的环形区带内集中热量。
尤其可取的是给所说的会聚气流和所说的运载气流供给大体上相同的气体混合物。
不论什么燃料气体被用在本发明的生产方法的实施中，为了促进原料加工的均匀性，最理想的是运载气流应该包含被充分扩散在一种易燃和助燃气体的直接混合物中的原料。为此，最好是带有被输送原料的运载气流的第一种成分沿着一个通向燃烧室的通道推进。这个运载气流的第二气体成分通过通道周壁上的至少一个孔被强迫横向地压进那个通道，而其中带有被输送的原料的混合运载气流在到达燃烧室之前，在那里受到进一步促进直接混合的作用力。
在离开火焰之后，有利的是制成的球在被收集前，仍扩散在气流之中，且随气体流通过一冷却区。这就使制成的球在离开火焰之后，不太可能粘结。
本发明还提供制作玻璃球的设备，它包括一个燃烧室、给所说的燃烧室提供燃料和助燃物以产生火焰的设备和往火焰中加原料以便加热和转化成玻璃球，并将制成的球从燃烧室中取出的设备。根据本发明，其中所述的设备包括用于给燃烧室提供原料(这种原料是被扩散在一包括所说燃料和助燃物的运载气体中，而随其被输送的)的燃烧炉管、围绕着这个燃烧炉管管道设备和保持一不燃气体流通过这一管道设备，且与从燃烧炉孔口喷出的材料流相同的方向进入燃烧室，以便围绕着所述材料流形成一个气体环的设备。
这样一种设备特别适合于用在本发明的方法的实施中。当按这种方法使用时，这些设备采用的生产方法就体现出其优越性，特别是这些设备具有较长的有效工作寿命和减少了维修保养的优点。
为了保持一空气流流过上述的管道设备，最好设置鼓风机设备。空气是一种用于形成上述的气体环的特别廉价的气体资源，并且还具有给燃料室提供附加氧气有利于生产过程进行的优点。
有利的是在沿着燃烧室长度方向上的至少一个环形区带内，设置多个辅助喷嘴，以引导包括燃料气体和氧气的多股气流进入燃烧室相互会聚，并与从燃烧炉管喷出的材料流相交。采用这些辅助喷嘴，对增加燃烧室内产生的热量起着一种有利的作用。这对于采用相当低的发热量的燃烧气体(如城市煤气)时，是有特殊价值的。
为了促进加工的均匀性，最好在每个环形区带中，至少要有3个辅助喷嘴。
较好的办法是沿着燃烧室，至少要有2个这种设置有辅助喷嘴的环形区带，以便进一步增加燃烧室产生的热量。或者最好是以燃烧炉管出口为基准向上，至少在燃烧室长度的1/3处，设置至少一个这种有辅助喷嘴的环形区带。这样将促进在燃烧室中产生的火焰长度的延长，从而延长原料和未成形球的高温停留时间。这样，当获得最好结果时而又允许采用较低的温度;这又有助于延长设备的有效工作寿命和减少维修。
下面借助于参考附图和一个特殊实例对本发明的最佳实施方式进行更详细的描述。在附图中
图1是一个燃烧炉装置侧面局部剖视图;
图2是一个沿图1中Ⅱ-Ⅱ线剖视的横截面图;
图3是一个用于生产圆形玻璃球的设备的示意图。
在图1和图2中，燃烧炉装置(通常是图中序号1所指的)包括一个终止于燃烧炉顶部3的燃烧炉管2。给燃烧炉顶部3提供的输送管道设备包括一个终止于集气环5的第一通道4，集气环5环绕着燃烧炉管2，并通过一个孔眼6(图2)与燃烧炉管2的内部连通，而孔眼6是足够大的，以便不致妨碍制球用颗粒的通过。制球用颗粒是随一气体流传输，沿着第一通道4流进燃烧炉管2的。
用于提供第二气体成分的第二通道7终止于第二集气环8，集气环8环绕着第一集气环5，并通过多个孔口9与第一集气环5连通，图中序号9所指许多孔口设置在第一集气环5的外周壁上。值得注意的是集气环5、8的旋转方向相反。
燃烧炉管2的底用盖10密封。
在两个集气环5、8
的上方，套环11被安装在燃烧炉管2上，以固定外部辅助燃烧炉管12。辅助燃烧炉管12终止于辅助燃烧炉顶部13，且装有辅助气体供给设备。在这个实施方式中，除了为适应外部燃烧炉管12的较大直径，辅助气体供给设备的集气环的尺寸需要改变外，这些设备与上面描述的那些设备是一样的。附加气体供给设备的各部件的参考序号是上述设备的序号加10。
因为第二气体成分通过孔口9、19，横向进入第一通道，当各种气体进入燃烧炉管2，12时，这些气体已很好地混合，并因气体供给系统的几何形状，随着这些混合物沿着燃烧炉管2、12流到燃烧炉顶部3、13时，使这些混合物形成旋涡运动，以致每一种气体在引燃前被充分混合。
因为孔口9在第一主集气环5的外周壁上，第二气体成分的进入势必对另一气体成分输送的制球材料颗粒产生作用，以便它们通过集气环时，至少部分地补偿作用在其上的离心力。
在图3中，燃烧室20备有一个如图1和2所描述的燃烧炉装置1伸入其底部21。燃烧炉装置1由供给管线4提供原料，用于生产玻璃球的原料扩散在空气中，由供给管线7提供易燃气体，以形成包含燃料和空气的运载气流。空气由鼓风机22提供给供给管线4，而原料从料斗23注入供给管线4。第二空气鼓风机24和空气供给管线14以及燃料供给管线17给辅助燃烧炉顶部13(图1所示)提供一种易燃混合物。
在所说的实施方式中，燃烧室的底部21是敞开的，以便燃烧室20自然吸收通过管道25向上流入的外界的空气，管道25被限定在燃烧炉装置和燃烧室20的下部之间。在一派生的实施方式(图中未示出)中，提供第三个鼓风机，以沿着一个供给管线给燃烧室20的底部21提供空气。该供给管线在燃烧炉顶部3的水平面下切向进入燃烧室20，以便使吹入的空气产生一种上升的涡旋运动，从而使空气保持与燃烧室20的壁相接触。在任一这两种情况下，由于空气流上升到一个较宽的上部位置，因此它围绕着从燃烧炉装置1中喷出的火焰26。这一较宽的上部位置在燃烧室20的上方形成一个冷却区27，成形的球可通过一管道28从中取出，以便进行更进一步的加工或拣选以及储存。
在沿着燃烧室20的长度方向上彼此留有间隔的三个环形区带中的每一环形区带处都提供有多个辅助喷嘴29，为的是引导多股包括燃料气体和氧气的气流进入燃烧室20相互会聚，并与燃烧炉1中作为火焰26喷出的材料流相交。在所说的布局中，每个环形区带上都有4个辅助喷嘴，环形区带是从燃烧炉1的顶部开始，设置在燃烧室的长度的1/4、2/4、3/4处。
这种辅助喷嘴是任选的，但当所用的燃料气体的发热量相对较低时，它们是特别有用的。在本发明的一些实施方式中的最上面环形区带的辅助喷嘴被省去了。
实例1一种硼酸水溶液与氢氧化钠起反应，并与水合硅酸钠混合，以获得一种含有按重量计为35%的溶质的溶液。添加按重量计大约为溶质的2%的脲作为泡沫剂。而这种原始的溶液用一种已知的方法，自身喷雾干燥，以便形成一种球状原料。它适合形成平均颗粒尺寸仅在40～60微米范围内的小球，颗粒尺寸取决于所要求的最终产品。干燥后的原料成份重量的大约比例表示如下SiO267.34%Na2O 25.51%B2O37.05%这样所成的球形原料在速率为250浬3/小时的天然气和速率为1250浬3/小时的空气的运载气流中，以150公斤/小时的速率供给燃烧炉，随后这一气流被点燃。一补充空气流以12000浬3/小时的速率送到燃烧室的底部，它包围着从燃烧炉中喷出的火焰。由运载气流提供的空气的比例大约是完全燃烧所需量的一半，而提供用于包围运载气流所需的空气几乎是那种所需量的10倍。实施方式中没采用辅助喷嘴29。这个方法可获得高产量的、成型良好的玻璃球。成型球的粒度测定方法是所有球都通过一网眼尺寸为250微米的网筛，占重量75%的通过一网眼尺寸为150微米的网筛，重量仅占5%的通过一网眼尺寸为5微米的网筛，重量约占50%的通过一网眼尺寸为100微米的网筛。
在这个实施方式派生的实施例中，事实上相同成份的原始溶液是用硼砂代替硼酸来制成的。
实例Ⅱ如实例Ⅰ中制成的球形原料，随着一煤气和空气的运载气流以150公斤/小时的速率供给燃烧炉。煤气以300浬3/小时的绝对速率供给燃烧炉。而空气以600浬3/小时的绝对速率供给燃烧炉，然后，这股气流被点燃。所用的煤气具有的发热量为4550千卡/浬3，其大约成份如下所列CO6.9%，H252.9%，CH429.7%，发光物0.8%，O20.8%，CO22.1%，N26.8%。为了形成一个围绕离开燃烧炉的火焰26的空气环，空气以4000浬3/小时的速度供给围绕着燃烧炉顶部的管道25。两组辅助喷嘴29(每组为4个辅助喷嘴)供给燃料/空气混合物。速率为150浬3/小时的煤气和速率为200浬3/小时的空气被供给每一个这种辅助喷嘴组。第一个这种喷嘴组被设置在主燃烧炉顶部3、13上方1米的环形区带上，第二个这种喷嘴组被设置在第一个喷嘴组上方1米处的环形区带上。
这个方法同样能获得高产量的，成型良好的玻璃球。
权利要求
1.生产玻璃球的方法，在此方法中，原料在燃烧室中受到火焰的作用，原料被加热并制成所说的玻璃球，制成的球从所说的燃烧室中取出，其特征是所说的提供给燃烧室的原料扩散在运载气流中，该运载气流是一种包括燃料气体和氧气的混合物，该混合物用于在燃烧室内产生火焰，而不燃气体提供给燃烧室以维持一沿火焰轨迹流动且在火焰周围形成一气体环的气流。
2.根据权利要求
1的生产方法，其中所说气体环是由提供给燃烧室的空气形成。
3.根据权利要求
1或2的生产方法，其中所说的不燃气体包括补充的氧气，补充氧气的量使燃烧室内的氧气超过保证所说燃料完全燃烧所需要的量。
4.根据权利要求
3的生产方法，其中供给所说的气体环的空气量至少是所说燃料完全燃烧所需空气量的3倍。
5.根据权利要求
3或4的生产方法，其中所说燃料气体具有的发热量至少为6000千卡/浬3。
6.根据权利要求
5的生产方法，其中所说运载气流是一种极易燃的混合物。
7.根据权利要求
6的生产方法，其中运载气流包含的氧气比例是所说燃料完全燃烧所需量的1/4～3/4。
8.根据权利要求
5～7项中的任一项的生产方法，其中运载气流包含的氧气比例是所说燃料完全燃烧所需量的1/3～2/3。
9.根据权利要求
1～4项中的任一项的生产方法，其中所说燃料气体具有的发热量不大于5000千卡/浬3。
10.根据权利要求
9的生产方法，其中在沿着火焰长度方向的至少一个环形区带内，包含着燃料气体和氧气的多股气流被提供给燃烧室相互会聚，并与所说的火焰相交。
11.根据权利要求
10的生产方法，其中在这个环形区带内，至少有三股这样的会聚气流。
12.根据权利要求
10或11的生产方法，其中至少有二个所说的环形区带，在环形区带内，会聚气流提供给燃烧室。
13.根据权利要求
10～12项中的任一项的生产方法，其中或者设置至少一个这样的环形区带，它离火焰根部的间距至少是燃烧室长度的1/3。
14.根据权利要求
10～13项中的任一项的生产方法，其中这种会聚气流包含的燃料和氧气的比例，足以满足那种燃料完全燃烧的需要。
15.根据权利要求
10～14项中的任一项生产方法，其中会聚气流和所说的运载气流由基本上相同的气体混合物供给。
16.根据任何上述权利要求
的生产方法，其中所说的带有被输送的原料的运载气流的另一种成分被沿着一个通向燃烧室的通道推进，这个运载气流的第二气体成分通过通道周壁上的至少一个孔，被强迫横向地压进所述通道，而其中带有被输送的原料的混合运载气流在到达燃烧室之前，受到进一步促进充分混合的作用力。
17.根据上述任一权利要求
的生产方法，其中离开火焰后，新制成的玻璃球在被收集前，仍扩散在气流中，且随气流通过一冷却区。
18.制做玻璃球的设备包括一燃烧室，给所说燃烧室提供燃料和助燃物以产生火焰的设备和往火焰中加原料以便加热和转化成玻璃球并将制成的球从燃烧室中取出的设备，其特征是所述的这种设备包括用于给燃烧室提供原料的燃烧炉管，原料是扩散在包括所说的燃料和助燃物的运载流中而随其被输送的，围绕着这个燃烧炉管的管道设备和保持一不燃气流通过这些管道设备，且与从燃烧炉孔口中喷射出的材料流相同的方向进入燃烧室，以便围绕着所述材料流形成一个气体环的设备。
19.根据权利要求
18的设备，其中为保持空气流流过上述管道设备而设置了鼓风机设备。
20.根据权利要求
18或19的设备，其中多个辅助喷嘴设置在沿燃烧炉长度方向上的至少一个环形区带内，以引导包括燃料气体和氧气的多股气体流进入燃烧室相互会聚并与从燃烧炉管喷射出的材料流相交。
21.根据权利要求
20的设备，其中在这个环形区带中至少有三个辅助喷嘴。
22.根据权利要求
20或21的设备，其中沿着燃烧室长度方向至少有2个这种设置有辅助喷嘴的环形区带。
23.根据权利要求
20～22项中的任一项的设备，其中或者从燃烧炉管的出口开始，至少在燃烧室长度的1/3处，至少设置一个这种有辅助喷嘴的环形区带。
24.根据权利要求
18～23项中的任一项的设备，其中为了供给燃烧炉管气体的管道设备包括一个用于提供带有输送原料的所说运载气流的第一种气体成分的第一通道和用于强迫所说的运载气流的第二种成分通过第一通道周壁上的一个或多个孔横向进入这个另一通道的第二通道，所说的第二种成分与载有原料的第一种成分混合后进入所说的燃烧炉管。
专利摘要
一种生产玻璃球的方法和装置，其中原料燃料和助燃物从燃烧炉组件I中喷入燃烧室20，在燃烧室20中，原料受到火焰26的作用而被加热形成玻璃球。然后玻璃球被排出燃烧室。不燃气体通过围绕燃烧炉组件I的导管25送入燃烧室20，以维持一沿火焰26轨迹流动且在火焰周围形成一气体环的气流。
文档编号C03B19/00GK86104731SQ86104731
公开日1987年1月21日 申请日期1986年7月17日
发明者詹·马里·莫利格尼奥, 迈克尔·伯斯奎, 胡伯特·尼希 申请人:格拉沃贝尔公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan