DE102015201692A1

DE102015201692A1 - Method and plant for producing hollow glass microspheres

Info

Publication number: DE102015201692A1
Application number: DE102015201692.7A
Authority: DE
Inventors: Hans Veit Dennert
Original assignee: Dennert Poraver GmbH
Current assignee: Dennert Poraver GmbH
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-08-04

Abstract

Zur Herstellung von Mikrohohlkugeln (H) aus Glas wird vorgeschlagen, durch Befeuerung in einer Brennkammer (4) eines Brennofens (2) eine aufwärts gerichtete, heiße Gasströmung zu erzeugen. In die Brennkammer (4) wird eine Charge von Mikropartikeln (M) aus einem Ausgangs-Glasmaterial eingefüllt und für eine vorgegebene Brennzeit (tb) der heißen Gasströmung ausgesetzt, so dass die Mikropartikel (M) unter Gasbildung zu den Mikrohohlkugeln (H) expandiert werden. Unmittelbar oder mittelbar nach Ablauf der Brennzeit (tb) wird die Brennkammer (4) entleert. Die Mikrohohlkugeln (H) werden somit in einem Batchprozess hergestellt. For producing hollow microspheres (H) from glass, it is proposed to generate an upward, hot gas flow by firing in a combustion chamber (4) of a kiln (2). A charge of microparticles (M) from a starting glass material is introduced into the combustion chamber (4) and exposed to the hot gas flow for a given firing time (tb), so that the microparticles (M) are expanded to the hollow microspheres (H) to form gas , Immediately or indirectly after the end of the firing time (tb), the combustion chamber (4) is emptied. The hollow microspheres (H) are thus produced in a batch process.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Mikrohohlkugeln aus Glas. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for producing hollow glass microspheres. The invention further relates to a system for carrying out the method.

Mikrohohlkugeln aus Glas, also Hohlkugeln mit einer Glaswand und derzeit typischen Durchmessern im Sub-Millimeterbereich (ca. 1 Mikrometer bis 1.000 Mikrometer) werden vielfach als Leichtzuschlagstoffe in Kompositmaterialien und Leichtbeton eingesetzt. Des Weiteren finden diese – auch als „glass microspheres“ bezeichneten – Mikrohohlkugeln unter anderem Verwendung in der Medizin sowie der Verbrauchsgüterindustrie. Hollow glass microspheres, ie hollow spheres with a glass wall and currently typical diameters in the sub-millimeter range (about 1 micron to 1,000 microns) are widely used as lightweight aggregates in composite materials and lightweight concrete. Furthermore, these hollow microspheres, also referred to as "glass microspheres", find use, inter alia, in medicine and in the consumer goods industry.

Solche Glas-Mikrohohlkugeln werden üblicherweise in Vertikalöfen (auch als Schachtöfen bezeichnet) hergestellt. In einem in US 3,230,064 A beschriebenen Verfahren wird zur Herstellung der Mikrohohlkugeln durch Befeuerung mittels eines Brenners in einer Brennkammer des Vertikalofens eine aufwärts gerichtete heiße Gasströmung erzeugt. Im Bereich des Brenners wird kontinuierlich ein Brenngut eingebracht, das aus mit einem Treibmittel versetzten Glaspartikeln besteht. In der heißen Gasströmung werden die Glaspartikel einerseits aufgeschmolzen. Des Weiteren wird durch das Treibmittel in den aufgeschmolzenen Mikropartikeln Gas erzeugt, durch welches die Glaspartikel zu den gewünschten Mikrohohlkugeln aufgebläht (expandiert) werden. Aufgrund ihrer dann erniedrigten Dichte schwimmen die Mikrohohlkugeln in der Gasströmung auf und werden zusammen mit den Abgasen der Befeuerung durch einen am oberen Ende des Vertikalofens angeordneten Gasauslass aus der Brennkammer ausgetragen. Die ausgetragenen Mikrohohlkugeln werden gemäß US 3,230,064 A in einem dem Vertikalofen nachgeschalteten Zyklon-Abscheider oder einem Sackfilter von der Gasströmung getrennt. Ferner ist der bekannte Vertikalofen auch an der Unterseite der Brennkammer mit einer Auslassöffnung versehen, über die sich am Boden der Brennkammer ansammelnde Mikrohohlkugeln aus der Brennkammer abgezogen werden können. Such hollow glass microspheres are usually produced in vertical ovens (also referred to as shaft furnaces). In an in US 3,230,064 A described method for producing the hollow microspheres by firing by means of a burner in a combustion chamber of the vertical furnace, an upward hot gas flow is generated. In the area of the burner is continuously introduced a kiln, which consists of mixed with a blowing agent glass particles. In the hot gas flow, the glass particles are melted on the one hand. Furthermore, gas is generated by the blowing agent in the molten microparticles, through which the glass particles are inflated (expanded) to the desired hollow microspheres. Due to their then reduced density, the hollow microspheres float in the gas flow and, together with the exhaust gases from the firing, are discharged from the combustion chamber through a gas outlet arranged at the upper end of the vertical furnace. The discharged hollow microspheres are according to US 3,230,064 A separated in a downstream of the vertical furnace cyclone separator or a bag filter from the gas flow. Furthermore, the known vertical furnace is also provided on the underside of the combustion chamber with an outlet opening, via which hollow microspheres collecting at the bottom of the combustion chamber can be withdrawn from the combustion chamber.

Andererseits ist beispielsweise aus US 2009/0280328 A1 , US 2007/0275335 A1 sowie US 5,002,696 A bekannt, die als Ausgangsstoff für die Herstellung der Mikrohohlkugeln verwendeten Glaspartikel kontinuierlich von oben in eine abwärts gerichtete, heiße Gasströmung einzubringen, so dass die Glaspartikel mit dieser Gasströmung nach unten fallen und hierbei expandiert werden. On the other hand, for example, off US 2009/0280328 A1 . US 2007/0275335 A1 such as US 5,002,696 A It is known to introduce the glass particles used as starting material for the production of hollow microspheres continuously from above into a downward, hot gas flow, so that the glass particles fall down with this gas flow and are thereby expanded.

Beiden Verfahrensvarianten ist jedoch gemein, dass die Aufenthaltsdauer der einzelnen Glaspartikel in der heißen Luftströmung nur mit geringer Präzision kontrollierbar ist. Dies liegt insbesondere darin, dass die Partikeldurchmesser der als Ausgangsstoff eingesetzten Glaspartikel stets einer gewissen Verteilung unterliegen, und dass die einzelnen Glaspartikel – abhängig von ihrer jeweiligen Partikelgröße – in der heißen Gasströmung des Vertikalofens mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bzw. über unterschiedliche Wegstrecken mitgerissen werden. Weitere Unterschiede der auf die Glaspartikel jeweils einwirkenden thermischen Behandlung werden bei den herkömmlichen Herstellungsprozessen auch durch inhomogene Temperatur- und Strömungsverhältnisse in den eingesetzten Schachtöfen hervorgerufen. Both variants of the method, however, have in common that the residence time of the individual glass particles in the hot air flow can only be controlled with low precision. This is in particular the fact that the particle diameters of the glass particles used as starting material are always subject to a certain distribution, and that the individual glass particles - depending on their respective particle size - are entrained in the hot gas flow of the vertical furnace at different speeds or over different distances. Further differences in the thermal treatment which are respectively applied to the glass particles are also caused in the conventional production processes by inhomogeneous temperature and flow conditions in the shaft furnaces used.

Dies führt dazu, dass die Ausbeute an verwertbaren Mikrohohlkugeln bei Vertikalöfen häufig sehr gering ist. Bei einem vergleichsweise hohen Anteil der eingesetzten Mikropartikel läuft der Expansionsprozess nur in unzureichendem Ausmaß ab, so dass die resultierenden, teil-expandierten Partikel die gewünschte Schüttdichte nicht erreichen. As a result, the yield of usable hollow microspheres in vertical furnaces is often very low. With a comparatively high proportion of the microparticles used, the expansion process proceeds only to an insufficient extent, so that the resulting partially-expanded particles do not reach the desired bulk density.

Die vorstehend genannten Probleme treten in besonderem Maß bei Mikrohohlkugeln aus Glas auf, bei denen die zur Expansion führende Gasbildung durch eine Redox-Reaktion hervorgerufen wird. Für die Herstellung solcher Mikrohohlkugeln ist es essentiell, dass die jeweilige Redox-Gasbildungstemperatur sowohl hinsichtlich Höhe als auch zeitlicher Dauer möglichst präzise eingehalten wird, zumal die Wirkung des Redox-Effekts verloren gehen oder sich sogar ins Gegenteil verkehren kann, wenn die zu expandierenden Partikel zu kurz oder zu lang mit der Gasbildungstemperatur beaufschlagt werden. The above-mentioned problems occur to a great extent in hollow glass microspheres in which the gas formation leading to expansion is caused by a redox reaction. For the production of such hollow microspheres, it is essential that the respective redox gas formation temperature is met as precisely as possible both in terms of height and duration, especially as the effect of the redox effect is lost or even reversed, if the particles to be expanded be exposed to the gas formation temperature for a short or long time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effektives Verfahren sowie eine effektiv betreibbare Anlage zur Herstellung von Mikrohohlkugeln aus Glas anzugeben. The invention has for its object to provide an effective method and an effective operable plant for the production of hollow glass microspheres.

Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich der Anlage wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 8. With respect to the method, the object is achieved according to the invention by the features of claim 1. With regard to the system, the object is achieved by the features of claim 8.

Erfindungsgemäß wird zur Herstellung der Mikrohohlkugeln in einer Brennkammer eines Brennofens durch Befeuerung derselben eine aufwärts gerichtete, heiße Gasströmung erzeugt. According to the invention, an upwardly directed, hot gas flow is generated by firing the same for producing the hollow microspheres in a combustion chamber of a kiln.

In die Brennkammer und die darin etablierte heiße Gasströmung wird anschließend als Brenngut eine Charge von Mikropartikeln eingefüllt, die zu den gewünschten Mikrohohlkugeln expandiert werden sollen. Diese Mikropartikel bestehen aus einem Glasmaterial, dessen chemische Zusammensetzung sich aufgrund der während der Expansion ablaufenden Prozesse geringfügig von dem Glas der fertigen Mikrohohlkugeln unterscheiden kann, und das deshalb als „Ausgangs-Glasmaterial“ bezeichnet ist. Insbesondere umfasst das Ausgangs-Glasmaterial ein Treibmittel, z.B. aus Reaktanten einer Redox-Reaktion, das die zur Expansion der Mikropartikel führende Gasbildung verursacht. Die gesamte Charge wird hierbei vorzugsweise „schlagartig“ (also in einer gegenüber der Gesamtdauer des Herstellungsprozesses kurzen Zeitspanne, insbesondere innerhalb einer Zeitspanne von wenigen Sekunden) in die Brennkammer eingefüllt. A batch of microparticles which are to be expanded to the desired hollow microspheres is then introduced into the combustion chamber and the hot gas flow established therein as a combustible material. These microparticles consist of a glass material whose chemical composition may differ slightly from the glass of the finished hollow microspheres due to the processes occurring during the expansion, and the therefore referred to as "starting glass material". In particular, the starting glass material comprises a blowing agent, for example reactants of a redox reaction, which causes the formation of gas leading to the expansion of the microparticles. In this case, the entire charge is preferably introduced into the combustion chamber "abruptly" (ie in a short time span, in particular within a period of a few seconds, compared with the total duration of the production process).

Während einer anschließenden Brennzeit vorgegebener Dauer wird das Brenngut dann in der Brennkammer der heißen Gasströmung ausgesetzt, so dass die Mikropartikel unter Gasbildung zu den Mikrohohlkugeln expandiert werden. Die Mikropartikel und die sich hieraus sukzessive entwickelnden Mikrohohlkugeln werden hierbei insbesondere für die gesamte Dauer der Brennzeit in der Gasströmung gehalten, ohne dass nennenswerte Anteile der Mikropartikel oder Mikrohohlkugeln mit der Gasströmung aus der Brennkammer ausgetragen werden oder sich an dem Boden oder der Seitenwand der Brennkammer absetzen. During a subsequent firing time of predetermined duration, the firing material is then exposed in the combustion chamber of the hot gas flow, so that the microparticles are expanded to form gas bubbles to the hollow microspheres. The microparticles and the hollow microspheres, which develop successively from them, are held in the gas flow, in particular for the entire duration of the burning time, without significant portions of the microparticles or hollow microspheres being discharged from the combustion chamber with the gas flow or settling on the bottom or side wall of the combustion chamber ,

Nach Ablauf der Brennzeit wird die Brennkammer entleert. Die Entleerung der Brennkammer kann grundsätzlich im Rahmen der Erfindung unmittelbar nach Ablauf der Brennzeit stattfinden, so dass die Mikrohohlkugeln in heißen Zustand aus der Brennkammer entfernt und einer externen Kühleinrichtung zugeführt werden. After the burning time, the combustion chamber is emptied. The emptying of the combustion chamber can in principle take place within the scope of the invention immediately after the end of the firing time, so that the hollow microspheres are removed in the hot state from the combustion chamber and fed to an external cooling device.

In bevorzugter Ausführung des Verfahrens werden die in der Brennkammer verbleibenden Mikrohohlkugeln aber nach Ablauf der Brennzeit zunächst für eine vorgegebene Abkühlzeit in der Brennkammer gehalten. Um eine effektive Abkühlung der Mikrohohlkugeln zu ermöglichen, wird die Befeuerung der Brennkammer hierbei nach Ablauf der Brennzeit eingestellt oder zumindest erheblich reduziert. Um dabei zu verhindern, dass die noch heißen Mikrohohlkugeln miteinander oder mit den Wänden der Brennkammer verkleben, wird während der Abkühlzeit die in der Brennkammer herrschende Gasströmung durch (ggf. verstärktes) Einblasen von Kaltluft aufrechterhalten. Die in der Verbrennungskammer herrschende Gasströmung wird somit während der Abkühlzeit mit gegenüber der Brennzeit erniedrigter Temperatur aufrechterhalten. Erst im Anschluss an diese Abkühlzeit wird dann die Brennkammer entleert. In a preferred embodiment of the method, the hollow microspheres remaining in the combustion chamber are initially held after the end of the firing time for a predetermined cooling time in the combustion chamber. In order to allow effective cooling of the hollow microspheres, the firing of the combustion chamber is adjusted here after the end of the burning time or at least significantly reduced. In order to prevent the still hot hollow microspheres from sticking to one another or to the walls of the combustion chamber, the gas flow prevailing in the combustion chamber is maintained during the cooling time by (possibly amplified) injection of cold air. The prevailing in the combustion chamber gas flow is thus maintained during the cooling time with respect to the firing time lowered temperature. Only after this cooling time then the combustion chamber is emptied.

Die Brennkammer wird vorzugsweise über eine in ihrem Boden angeordnete (auch als Ofenverschluss bezeichnete) Auslassöffnung entleert. Hierzu wird zum Ende der Brennzeit oder ggf. zum Ende der Abkühlzeit die Gasströmung in der Brennkammer abgestellt oder zumindest weitgehend reduziert, so dass die Mikrohohlkugeln auf den Boden der Brennkammer absinken. The combustion chamber is preferably emptied via an outlet opening (also referred to as oven closure) arranged in its bottom. For this purpose, at the end of the firing time or possibly at the end of the cooling time, the gas flow in the combustion chamber is turned off or at least largely reduced, so that the hollow microspheres sink to the bottom of the combustion chamber.

Der vorstehend beschriebene Prozessablauf wird in zweckmäßiger Ausführung der Erfindung zyklisch wiederholt. The process sequence described above is cyclically repeated in an expedient embodiment of the invention.

Im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen, herkömmlichen Herstellungsverfahren erfolgt die Herstellung der Mikrohohlkugeln nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht kontinuierlich, sondern diskontinuierlich in Form eines Chargenprozesses. Für die Herstellung der Glas-Mikrohohlkugeln hat der diskontinuierliche Herstellungsprozess insbesondere den erheblichen Vorteil, dass die Brennzeit und die Temperaturen, denen die zu expandierenden Mikropartikel während der Brennzeit ausgesetzt sind, für alle Mikropartikel der Charge mit besonders hoher Präzision einstellbar ist, so dass der Ausschuss (d.h. der Anteil der erzeugten Schlecht-Partikel) erheblich gesenkt werden kann. Gerade bei der Herstellung von Mikrohohlkugeln aus Glas überwiegt der hiermit verbundene Vorteil die generellen verfahrenstechnischen Nachteile eines Chargenprozesses – aufgrund derer kontinuierliche Prozesse im Allgemeinen gegenüber Chargenprozessen bevorzugt werden. So reduziert der geringe Ausschuss des anmeldungsgemäßen Verfahrens nicht nur Kosten für Material und Materialrecycling, sondern vereinfacht auch erheblich einen üblicherweise vorgesehenen Sortierprozess, in dem im Anschluss an den Expansionsvorgang die gewünschten Mikrohohlkugeln (Gut-Partikel) von ungewünschten Schlecht-Partikeln mit zu hoher oder zu niedriger Schüttdichte getrennt werden müssen. In contrast to the conventional production processes described above, the production of hollow microspheres by the process according to the invention is not carried out continuously, but discontinuously in the form of a batch process. For the production of glass hollow microspheres, the discontinuous production process has the considerable advantage, in particular, that the firing time and the temperatures to which the microparticles to be expanded are exposed during the firing time can be set with particularly high precision for all the microparticles in the batch, so that the scrap (ie the proportion of bad particles produced) can be significantly reduced. Especially in the production of hollow glass microspheres of the advantage associated with this outweighs the general procedural disadvantages of a batch process - due to which continuous processes are generally preferred over batch processes. Thus, the low scrap of the method according to the application not only reduces costs for material and material recycling, but also considerably simplifies a usually provided sorting process, in which following the expansion process, the desired hollow microspheres (good particles) of unwanted bad particles with too high or too low bulk density must be separated.

Von besonderem Vorteil ist das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung von Mikrohohlkugeln mit großen Durchmessern über 1 Millimeter, da die zur Expansion solcher Mikrohohlkugeln nötigen Verweildauern aufgrund der technisch bedingten Begrenzung der Fall- bzw. Steighöhe in herkömmlichen Schachtöfen nicht erreichbar sind. So wird das erfindungsgemäße Verfahren in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung von Mikrohohlkugeln aus Glas mit einem Durchmesser zwischen 1 Millimeter und 2 Millimeter eingesetzt. Of particular advantage is the inventive method for the production of hollow microspheres with large diameters above 1 millimeter, since the time required for the expansion of such hollow microspheres residence times are not achievable due to the technical limitation of falling or rising height in conventional shaft furnaces. Thus, the inventive method is used in an advantageous embodiment of the invention for the production of hollow glass microspheres with a diameter between 1 millimeter and 2 millimeters.

Der diskontinuierliche Ablauf des Herstellungsprozesses ermöglicht des Weiteren eine geringere mittlere Abgastemperatur, wodurch mit einfachen Mitteln eine besonders hohe Energieeffizienz und eine geringe Schadstofferzeugung erzielt werden. Des Weiteren bleibt der Ofeninnenmantel kühler als bei einem kontinuierlichen Herstellungsprozess. Dies reduziert bei vergleichbarem Ofenaufbau die Materialbeanspruchung des Brennofens oder ermöglicht einen vereinfachten und somit vergleichsweise unaufwändig realisierbaren Aufbau des Brennofens. The discontinuous process of the manufacturing process also allows a lower average exhaust gas temperature, which are achieved by simple means a particularly high energy efficiency and low pollutant production. Furthermore, the furnace inner shell remains cooler than in a continuous manufacturing process. This reduces the material stress of the kiln with a comparable furnace construction or makes possible a simplified and thus comparatively uncomplicated realizable construction of the kiln.

Schließlich ist in dem erfindungsgemäßen, diskontinuierlichen Verfahren – insbesondere aufgrund der Möglichkeit zur besonders präzisen Temperatureinstellung – die Klebeneigung der Mikropartikel bzw. Mikrohohlkugeln aneinander sowie an der Innenwand der Brennkammer besonders effektiv zu beherrschen. Finally, in the discontinuous process according to the invention-in particular due to the possibility of a particularly precise temperature adjustment-the sticking tendency of the microparticles or hollow microspheres to one another and to the inner wall of the combustion chamber is to be controlled particularly effectively.

Für eine besonders effektive Prozessführung wird die Temperatur der Gasströmung vorzugsweise nicht über die gesamte Brennzeit konstant gehalten. Stattdessen wird diese Temperatur gemäß einer vorgegebenen, zeitlich variierenden Kennkurve verändert. Diese Temperaturänderung wird insbesondere dadurch vorgenommen, dass die Brennleistung eines zur Befeuerung der Brennkammer vorgesehenen Brenners gesteuert oder geregelt wird. Alternativ oder zusätzlich hierzu wird die Temperatur der Gasströmung eingestellt, indem zusätzlich mittels eines Gebläses mit gesteuerter oder geregelter Gebläseleistung Luft in die Brennkammer eingeblasen wird. Vorzugsweise werden sowohl die Brennerleistung als auch die Gebläseleistung gesteuert oder geregelt, um die Temperatur der Gasströmung und die Strömungsgeschwindigkeit der Gasströmung unabhängig voneinander nach jeweils vorgegebenen Kennwerten einzustellen. For a particularly effective process control, the temperature of the gas flow is preferably not kept constant over the entire burning time. Instead, this temperature is changed according to a predetermined, time varying characteristic curve. This temperature change is made in particular by controlling or regulating the burning power of a burner provided for firing the combustion chamber. Alternatively or additionally, the temperature of the gas flow is adjusted by additionally blowing air into the combustion chamber by means of a blower with controlled or regulated fan power. Preferably, both the burner output and the blower output are controlled or regulated in order to set the temperature of the gas flow and the flow velocity of the gas flow independently of one another according to respectively preset characteristic values.

In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens ist die während der Brennzeit in der Brennkammer einzustellende Temperaturkurve (also die vorstehend erwähnte Kennkurve der Temperatur der Gasströmung) gegliedert in eine Aufheizphase sowie eine daran anschließende Gasbildungsphase. An die Brennzeit schließt mindestens eine Abkühlphase an. Optional sind in dem Verfahrensablauf mehrere Abkühlphasen mit jeweils unterschiedlicher Temperatur oder unterschiedlichem Temperaturverlauf vorgesehen. In vorteilhafter Ausführung des Verfahrens wird die Temperatur in der Abfolge mehrerer Abkühlphasen sukzessive erniedrigt, insbesondere um die Bildung von Materialspannungen bei dem Abkühlprozess der Mikrohohlkugeln zu vermeiden oder zumindest möglichst weitgehend zu reduzieren. In an advantageous embodiment of the method, the temperature curve to be set in the combustion chamber during the firing time (ie the above-mentioned characteristic curve of the temperature of the gas flow) is subdivided into a heating phase and an adjoining gas formation phase. The burning time includes at least one cooling phase. Optionally, several cooling phases, each with a different temperature or a different temperature profile, are provided in the process sequence. In an advantageous embodiment of the method, the temperature in the sequence of several cooling phases is successively reduced, in particular in order to avoid the formation of material stresses in the cooling process of the hollow microspheres or at least reduce as much as possible.

Während der Aufheizphase wird die Temperatur der Gasströmung zunächst vergleichsweise langsam bis nahe an eine Gasbildungstemperatur erhöht. Als Gasbildungstemperatur wird hierbei diejenige Temperatur bezeichnet, bei deren Überschreiten in dem Ausgangs-Glasmaterial der die Expansion bewirkende Gasbildungsprozess angestoßen wird. Sofern dieser Prozess – in bevorzugter Ausführung der Erfindung – auf einer Redox-Reaktion beruht, entspricht die Gasbildungstemperatur der Redox-Temperatur dieser Reaktion. Die Erhöhung der Temperatur während der Aufheizphase ist insofern „vergleichsweise langsam“, als die damit verbundenen Heizraten (d.h. die Temperaturerhöhung pro Zeiteinheit) von ihrem Absolutwert her im Mittel wesentlich kleiner sind als die Temperaturänderungen zwischen der Aufheizphase und der Gasbildungsphase bzw. zwischen der Gasbildungsphase und der darauf folgenden Abkühlphase. Insbesondere wird die Temperatur der Gasströmung während der Aufheizphase zumindest abschnittsweise kontinuierlich oder in mehreren kleinen Schritten (beispielsweise während einer Zeitspanne von etwa 10 Sekunden bis zu 60 Sekunden) sukzessive erhöht. During the heating phase, the temperature of the gas flow is first increased comparatively slowly to near a gas formation temperature. In this case, the gas formation temperature is the temperature at which, if it is exceeded, the gas formation process causing the expansion is initiated in the starting glass material. If this process-in a preferred embodiment of the invention-is based on a redox reaction, the gas formation temperature corresponds to the redox temperature of this reaction. The increase in the temperature during the heating phase is so far "comparatively slow", as the associated heating rates (ie the temperature increase per unit time) of their absolute value forth on average much smaller than the temperature changes between the heating phase and the gas phase and between the gas phase and the subsequent cooling phase. In particular, the temperature of the gas flow during the heating phase is increased at least in sections continuously or in several small steps (for example, during a period of about 10 seconds to 60 seconds) successively.

Beim Übergang von der Aufheizphase in die nachgeschaltete Gasbildungsphase wird die Temperatur der Gasströmung dann sprunghaft (also innerhalb einer gegenüber der gesamten Brennzeit vernachlässigbar kurzen Zeitspanne von vorzugsweise wenigen Sekunden) über die Gasbildungstemperatur erhöht, um die zur Expansion der Mikropartikel führende Gasbildung auszulösen. Die Temperatur der Gasströmung wird hierbei insbesondere deutlich, beispielsweise um mindestens 50°C über die Gasbildungstemperatur erhöht. During the transition from the heating phase to the downstream gas-forming phase, the temperature of the gas flow is then increased abruptly (ie within a negligibly short time span of preferably a few seconds over the entire firing time) above the gas formation temperature in order to trigger the gas formation leading to the expansion of the microparticles. The temperature of the gas flow is in this case in particular significantly, for example, increased by at least 50 ° C above the gas formation temperature.

Zu Beginn der an die Gasbildungsphase anschließenden Abkühlphase wird die Temperatur der Gasströmung wiederum sprunghaft auf einen Wert erniedrigt, der die Gasbildungstemperatur (insbesondere wiederum deutlich, beispielsweise um mindestens 50°C bis 100°C) unterschreitet. Das sprunghafte Erniedrigen (Quenchen) der Temperatur der Gasströmung bewirkt hierbei eine definierte Beendung des Gasbildungsprozesses. Außerdem wird durch die Temperaturerniedrigung in der Abkühlphase das Glas der Mikrohohlkugeln stabilisiert. At the beginning of the subsequent to the gas phase cooling phase, the temperature of the gas flow is in turn abruptly lowered to a value that falls below the gas formation temperature (especially again clearly, for example by at least 50 ° C to 100 ° C). The sudden lowering (quenching) of the temperature of the gas flow in this case causes a defined termination of the gas formation process. In addition, the glass of the hollow microspheres is stabilized by the temperature reduction in the cooling phase.

In einer besonders vorteilhaften Variante des vorstehend beschriebenen Verfahrensablaufs ist die Aufheizphase wiederum gegliedert in eine Vorwärmphase und eine nachgeschaltete Temperaturerhöhungsphase. In der Vorwärmphase wird die Temperatur der Gasströmung hierbei auf einem Temperaturwert unterhalb der Erweichungstemperatur konstant gehalten, um ein Verkleben der Mikropartikel aneinander oder an den Wänden des Brennofens zu unterbinden. Als Erweichungstemperatur wird hierbei diejenige Temperatur bezeichnet, bei welcher der dekadische Logarithmus der Viskosität des Ausgangs-Glasmaterials einen Wert von 7,6 erreicht (lg(η) = 7,6). Die Vorwärmphase dient zum Trocknen der Mikropartikel sowie zur Erreichung eines einheitlichen Temperaturniveaus in der gesamten Charge. In a particularly advantageous variant of the method sequence described above, the heating phase is again subdivided into a preheating phase and a subsequent temperature raising phase. In the preheating phase, the temperature of the gas flow is kept constant at a temperature below the softening temperature in order to prevent sticking of the microparticles to one another or to the walls of the kiln. The softening temperature here is the temperature at which the decadic logarithm of the viscosity of the starting glass material reaches a value of 7.6 (Ig (η) = 7.6). The preheat phase is used to dry the microparticles and to achieve a uniform temperature level throughout the batch.

Während der an die Vorwärmphase anschließenden Temperaturerhöhungsphase wird die Temperatur der Gasströmung dann kontinuierlich (insbesondere zeitlich linear) bis dicht unter die Gasbildungstemperatur hochgefahren. During the temperature increase phase subsequent to the preheating phase, the temperature of the gas flow is then raised continuously (in particular chronologically linearly) to just below the gas formation temperature.

In einer geeigneten konkreten Ausführungsform des Verfahrens werden je Charge ca. 30 Kilogramm bis 35 Kilogramm der Mikropartikel in die Brennkammer eingegeben, wobei die Mikropartikel in diesem Fall einen Partikeldurchmesser zwischen 10 Mikrometer und 60 Mikrometer aufweisen. In a suitable concrete embodiment of the method, about 30 kilograms to 35 kilograms of the microparticles in the In this case, the microparticles have a particle diameter between 10 microns and 60 microns.

Während der Brennzeit werden die Mikropartikel hierbei unmittelbar nach dem Einfüllen zunächst in der Vorwärmphase für ca. 20 Sekunden mit einer Temperatur beaufschlagt, die bei ca. 800°C liegt und die damit die Erweichungstemperatur Tf (z.B. mit Tf = 1050–1100°C) um etwa 250°C bis 300°C unterschreitet. During the firing time, the microparticles are in this case immediately after the filling initially applied in the preheating for about 20 seconds at a temperature which is about 800 ° C and thus the softening temperature Tf (eg with Tf = 1050-1100 ° C) falls below about 250 ° C to 300 ° C.

Anschließend wird die Temperatur der Gasströmung in der Temperaturerhöhungsphase innerhalb einer Zeitspanne von ca. 10 Sekunden zeitlich linear bis auf 10°C unter die Gasbildungstemperatur Te (z.B. mit Te = 1300–1500°C) erhöht. Subsequently, the temperature of the gas flow in the temperature raising phase is linearly increased in time over a period of about 10 seconds down to 10 ° C below the gas formation temperature Te (e.g., Te = 1300-1500 ° C).

Mit dem Beginn der Gasbildungsphase werden die Mikropartikel einem Temperaturschock ausgesetzt, indem die Temperatur der Gasströmung schlagartig für ca. 5 Sekunden auf ca. 50°C über die Gasbildungstemperatur angehoben wird. Anschließend werden die nun zu Mikrohohlkugeln expandierten Mikropartikel wiederum schlagartig auf eine Temperatur von weniger als 1.000°C abgekühlt (gequencht), um die Gasbildungs-Zone zuverlässig zu verlassen. Auf dieser erniedrigten Temperatur wird die Gasströmung während einer ersten Abkühlphase für ca. 10 Sekunden gehalten. With the onset of the gas phase, the microparticles are subjected to a temperature shock by abruptly raising the temperature of the gas flow to about 50 ° C above the gas formation temperature for about 5 seconds. Subsequently, the microparticles now expanded to hollow microspheres are abruptly cooled (quenched) to a temperature of less than 1000 ° C. in order to leave the gas-forming zone reliably. At this reduced temperature, the gas flow is held during a first cooling phase for about 10 seconds.

Im Anschluss an die erste Abkühlphase werden die Brennkammer und die darin enthaltenen Mikrohohlkugeln vorzugsweise in einer weiteren Abkühlphase bei abgeschaltetem oder mit geringer Leistung betriebenem Brenner für ca. 5 Sekunden im Kaltluftstrom gekühlt. Anschließend wird der Kaltluftstrom abgeschaltet, wodurch die Mikrohohlkugeln auf den Boden der Brennkammer absinken, von wo sie aus der Brennkammer entfernt werden. Nach dieser etwa 10 Sekunden dauernden Entleerungsphase wird der – insgesamt ca. 60 Sekunden dauernde – Verfahrenszyklus erneut durchgeführt. After the first cooling phase, the combustion chamber and the hollow microspheres contained therein are preferably cooled in a cold air stream in a further cooling phase with the burner switched off or operated at low power for about 5 seconds. Subsequently, the cold air flow is turned off, whereby the hollow microspheres sink to the bottom of the combustion chamber, from where they are removed from the combustion chamber. After this emptying phase, which lasts for about 10 seconds, the process cycle, lasting a total of about 60 seconds, is repeated.

In einer alternativen Verfahrensvariante wird das Verfahren mit einem höheren Chargengewicht von zwischen 60 und 70 Kilogramm pro Charge durchgeführt. Die vorstehend beschriebenen Einzelphasen des Zyklus verlängern sich hierdurch, sodass sich eine Zykluszeit von insgesamt etwa 2 Minuten ergibt. In an alternative process variant, the process is carried out with a higher batch weight of between 60 and 70 kilograms per batch. The individual phases of the cycle described above lengthen thereby, resulting in a total cycle time of about 2 minutes.

Vorzugsweise wird die Gasströmung in der Brennkammer derart erzeugt, dass die Mikropartikel und die hieraus entstehenden Mikrohohlkugeln während der Brennzeit auf einer Kreisströmung durch die Brennkammer geführt werden. Insbesondere wird die aufwärts gerichtete Gasströmung derart erzeugt, dass sie nur einen vergleichsweise kleinen – insbesondere zentralen – Anteil der Querschnittsfläche der Brennkammer einnimmt. Somit werden die Mikropartikel und die daraus sukzessive entstehenden Mikrohohlkugeln wiederholt mit der Gasströmung nach oben mitgerissen, driften in einem mittleren oder oberen Bereich der Brennkammer unter dem Druck des nachdrängenden Gasstroms nach außen ab und fallen fernab der Gasströmung, insbesondere nahe der Innenwand der Brennkammer wieder in Richtung des Bodens der Brennkammer zurück, wo sie erneut in den Sog der Gasströmung geraten. Die Kreisströmung wird vorzugsweise durch eine trichterförmig konische Form des Bodens der Brennkammer unterstützt. Preferably, the gas flow in the combustion chamber is generated such that the microparticles and the resulting hollow microspheres are guided during the firing time on a circular flow through the combustion chamber. In particular, the upward gas flow is generated such that it occupies only a comparatively small - in particular central - proportion of the cross-sectional area of the combustion chamber. Thus, the microparticles and the successive hollow microspheres are repeatedly entrained with the upward gas flow, drift outward in a central or upper region of the combustion chamber under the pressure of the trailing gas flow and re-enter far away from the gas flow, especially near the inner wall of the combustion chamber Back towards the bottom of the combustion chamber, where they again get sucked into the wake of the gas flow. The circular flow is preferably supported by a funnel-shaped conical shape of the bottom of the combustion chamber.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Brennofens ist an dem unteren Ende der Brennkammer, insbesondere an dem unteren Rand des trichterförmigen Bereichs, eine ringförmige Düse angeordnet, die nachfolgend auch als „Umkehrtisch“ bezeichnet ist. Mittels dieses Umkehrtisches wird während der Brennzeit eine radial nach innen (und dabei vorzugsweise schräg nach oben) gerichtete Luftströmung erzeugt, die in den Bodenbereich der Brennkammer abgesunkenes Brenngut in die Flamme des Brenners mitreißt. Der Umkehrtisch verhindert somit auf effektive Weise, dass über den Konus der Brennkammer nach unten fallende Mikropartikel durch den aufsteigenden Heißgasstrahl des Brenners hindurch fallen und sich bereits während der Brennzeit auf dem Boden der Brennkammer ablagern. Durch den Umkehrtisch wird dabei insbesondere ermöglicht, die Auftriebsgeschwindigkeit des Heißgasstrahls des Brenners zu reduzieren, wodurch die von dem Heißgasstrahl erfassten Mikropartikel weniger weit nach oben getragen werden. Mit anderen Worten ermöglicht der Umkehrtisch eine Reduzierung der vertikalen Ausdehnung der Kreisströmung. Dies wiederum ermöglicht einer Reduzierung der Gesamthöhe der Brennkammer. Die Ausgestaltung eines Brennofens mit einem solchen Umkehrtisch wird auch als eigenständige Erfindung angesehen, deren separate (von den übrigen Merkmalen der Anlage und des Verfahrens unabhängige) Verfolgung in einer Teilanmeldung vorbehalten wird. In an advantageous embodiment of the kiln, an annular nozzle is arranged at the lower end of the combustion chamber, in particular at the lower edge of the funnel-shaped region, which is also referred to below as "reversing table". By means of this reversing table, a radially inward (and thereby preferably obliquely upward) directed air flow is generated during the firing time, which entrains in the bottom region of the combustion chamber sunken Brenngut in the flame of the burner. The inverting table thus effectively prevents microparticles falling down over the cone of the combustion chamber from falling through the rising hot gas jet of the burner and already depositing on the bottom of the combustion chamber during the firing time. The reversing table makes it possible in particular to reduce the buoyancy rate of the hot gas jet of the burner, whereby the microparticles detected by the hot gas jet are carried less far upwards. In other words, the reversing table allows a reduction in the vertical extent of the circular flow. This in turn allows for a reduction in the overall height of the combustion chamber. The design of a kiln with such a reversing table is also regarded as an independent invention, the separate (independent of the other features of the system and the method) tracking is reserved in a divisional application.

Die erfindungsgemäße Anlage umfasst als Kernbestandteil einen Brennofen sowie mindestens einen Brenner, mit dem in einer Brennkammer des Brennofens eine aufwärts gerichtete, heiße Gasströmung erzeugbar ist. Die Anlage umfasst ferner eine Beschickungseinrichtung, mittels der die Brennkammer mit zu expandierenden Mikropartikeln aus einem Ausgangs-Glasmaterial beschickbar ist sowie Mittel zur Entleerung der Brennkammer. Schließlich umfasst die Anlage eine Steuereinheit, die zur automatischen Durchführung des vorstehend, beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. The plant according to the invention comprises as a core component a kiln and at least one burner, with which in an internal combustion chamber of the kiln, an upward, hot gas flow can be generated. The system further comprises a charging device, by means of which the combustion chamber can be charged with microparticles to be expanded from a starting glass material and means for emptying the combustion chamber. Finally, the system comprises a control unit, which is set up for automatically carrying out the above-described method according to the invention.

Die Steuereinheit ist insbesondere durch einen Rechner (Computer) mit einer darin lauffähig implementierten Steuersoftware gebildet. Alternativ hierzu kann die Steuereinheit aber auch durch eine speicherprogrammierbare Schaltung oder einen nicht-programmierbaren Schaltkreis gebildet sein. Zur Ansteuerung des Brenners, der Beschickungseinheit und gegebenenfalls weiterer Anlagenbestandteile ist der Steuerrechner datenübertragungstechnisch (beispielsweise durch einen Feldbus) mit diesen Anlagenteilen verschaltet. The control unit is formed in particular by a computer (computer) with a control software implemented therein. Alternatively, the control unit may also be formed by a programmable logic circuit or a non-programmable circuit. To control the burner, the charging unit and possibly other components of the system control computer data transmission technology (for example, by a field bus) connected to these parts of the system.

In vorteilhafter Dimensionierung ist der Brennofen derart konstruiert, dass die Brennkammer eine lichte Höhe aufweist, die den lichten Durchmesser der Brennkammer an ihrer weitesten Stelle um maximal das Zwei- bis Dreifache überragt. Die Brennkammer der erfindungsgemäßen Anlage ist somit deutlich „gedrungener“, also deutlich breiter in Vergleich zu seiner Höhe ausgebildet als bei herkömmlichen Schachtöfen. Die Brennkammer eines solchen Schachtofens hat üblicherweise eine lichte Höhe, die ihren Durchmesser um mindestens das Fünffache übersteigt. Eine besondere Verkörperung der Erfindung ist somit auch die Verwendung eines Brennofens, dessen Brennkammer das vorstehend beschriebene Höhe-zu-Durchmesser-Verhältnis von maximal 2:1 bis 3:1 aufweist, für die Herstellung von Mikrohohlkugeln aus Glas. In advantageous dimensioning of the kiln is constructed such that the combustion chamber has a clear height, which projects beyond the clear diameter of the combustion chamber at its widest point by a maximum of two to three times. The combustion chamber of the system according to the invention is thus significantly "squat", that is designed to be significantly wider in comparison to its height than in conventional shaft furnaces. The combustion chamber of such a shaft furnace usually has a clear height that exceeds its diameter by at least five times. A particular embodiment of the invention is thus also the use of a kiln whose combustion chamber has the above-described height-to-diameter ratio of a maximum of 2: 1 to 3: 1, for the production of hollow glass microspheres.

In einem oberen Bereich der Brennkammer sind optional Ablenkmittel wie beispielsweise Leitbleche (Prallbleche) oder sonstige Leitkonturen angeordnet, um die Mikropartikel sowie die daraus entstehenden Mikrohohlkugeln während der Brennzeit auf der Kreisströmung zu halten. Die Ablenkmittel verhindern unterstützend, dass Mikropartikeln bzw. Mikrohohlkugeln mit der Gasströmung aus der Verbrennungskammer ausgetragen werden. In an upper region of the combustion chamber, deflection means such as baffles (baffles) or other guiding contours are optionally arranged in order to keep the microparticles and the hollow microspheres resulting therefrom on the circular flow during the firing time. The deflection means prevent microparticles or hollow microspheres from being discharged from the combustion chamber with the gas flow.

Um ein Verkleben der Mikropartikel bzw. Mikrohohlkugeln mit der die Brennkammer begrenzenden Innenwand des Brennofens zu vermeiden oder zumindest weitgehend zu reduzieren, ist die Innenwand des Brennofens bevorzugt aus Stahl gebildet. In order to prevent or at least substantially reduce sticking of the microparticles or hollow microspheres to the inner wall of the kiln delimiting the combustion chamber, the inner wall of the kiln is preferably made of steel.

Um das Verkleben von Mikropartikeln mit der Innenwand der Brennkammer noch weiter zu reduzieren, wird die Innenwand der Brennkammer optional gekühlt. To further reduce the sticking of microparticles to the inner wall of the combustion chamber, the inner wall of the combustion chamber is optionally cooled.

Hierzu wird der Brennofen in einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung mit einem doppelten Ofenmantel versehen, der zusätzlich zu der Innenwand eine diese mit Abstand umgebende Außenwand umfasst. Zwischen der Innenwand und der Außenwand ist ein ringförmiger Leerraum gebildet, der auch als „Mantelzwischenraum“ bezeichnet ist. Durch diesen Mantelzwischenraum wird – vorzugsweise im Gegenstrom zu der heißen Gasströmung in der Brennkammer, also von oben nach unten – Kühlluft geleitet. Die solchermaßen, z.B. auf ca. 600 °C aufgeheizte Kühlluft wird aus dem Mantelzwischenraum abgezogen und dem Brenner als Verbrennungsluft oder Überschussluft zugeführt, wodurch die Energieeffizienz des Brennofens erheblich gesteigert wird. Die doppelwandige Ausgestaltung des Ofenmantels und die Durchspülung des Mantelzwischenraums mit Kühlluft zur Kühlung der Innenwand wird auch als eigenständige Erfindung angesehen, deren separate (von den übrigen Merkmalen der Anlage und des Verfahrens unabhängige) Verfolgung in einer Teilanmeldung vorbehalten wird. For this purpose, the kiln is provided in a particularly advantageous embodiment of the invention with a double furnace shell, which in addition to the inner wall comprises a surrounding outer wall at a distance. Between the inner wall and the outer wall, an annular void is formed, which is also referred to as "shell gap". Through this jacket clearance is - preferably in countercurrent to the hot gas flow in the combustion chamber, ie from top to bottom - passed cooling air. The thus, e.g. heated to about 600 ° C cooling air is withdrawn from the jacket gap and fed to the burner as combustion air or excess air, whereby the energy efficiency of the kiln is significantly increased. The double-walled design of the furnace shell and the flushing of the jacket clearance with cooling air for cooling the inner wall is also considered as an independent invention, the separate (independent of the other features of the system and the method) tracking is reserved in a divisional application.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 in grob schematisch vereinfachter Darstellung eine Anlage zur Herstellung von Mikrohohlkugeln aus Glas mit einem Brennofen, wobei in einer Brennkammer des Brennofens mittels eines Brenners ein heißer Gasstrom erzeugt wird, in dem eingebrachte Mikropartikel aus einem Ausgangs-Glasmaterial in einem Chargenprozess zu den gewünschten Mikrohohlkugeln expandiert werden, 1 in a roughly schematically simplified representation of a plant for the production of hollow glass microspheres with a kiln, wherein in a combustion chamber of the kiln by means of a burner, a hot gas stream is generated in the introduced microparticles are expanded from a starting glass material in a batch process to the desired hollow microspheres .

2 in einer vergrößerten Detaildarstellung II gemäß 1 eine Aufhängung zur Halterung einer Innenwand des Brennofens an einer umgebenden Außenwand, 2 in an enlarged detail II according to 1 a suspension for supporting an inner wall of the kiln to a surrounding outer wall,

3 in einem ausschnitthaft dargestellten Querschnitt durch den Brennofen die Einführung einer Brenngutleitung in die Brennkammer, 3 in a cross section through the kiln shown in section, the introduction of a Brenngutleitung in the combustion chamber,

4 anhand eines Diagramms der in der Brennkammer herrschenden Temperatur gegen die Zeit den Ablauf eines mittels der Anlage gemäß 1 durchgeführten Verfahrens zur Herstellung der Mikrohohlkugeln, und 4 on the basis of a diagram of the temperature prevailing in the combustion chamber against the time the course of a means of the system according to 1 Carried out method for producing the hollow microspheres, and

5 bis 7 jeweils in Darstellung gemäß 1 alternative Ausführungen des dortigen Brennofens. 5 to 7 in each case according to illustration 1 alternative versions of the local kiln.

Einander entsprechende Teile, Größen und Strukturen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts, sizes and structures are always provided with the same reference numerals in all figures.

1 zeigt in grober schematischer Vereinfachung eine Anlage 1 zur Herstellung von Mikrohohlkugeln aus Glas, deren zentraler Bestandteil ein Brennofen 2 ist. 1 shows a rough schematic simplification a plant 1 for the production of hollow glass microspheres, whose central component is a kiln 2 is.

Der Brennofen 2 ist im Wesentlichen gebildet einen (Ofen-)Mantel 3, der eine Brennkammer 4 umgibt. In seinem unteren Bereich weisen der Mantel 3 und die dadurch begrenzte Brennkammer 4 einen ausgeprägt trichterförmigen Boden 5 auf, der sich in vertikaler Richtung etwa über ein Viertel der Gesamthöhe des Brennofens 2 erstreckt. An den Boden 5 schließt ein hohlzylinderförmiger Mittelbereich 6 des Mantels 3 an, der etwa die Hälfte der Höhe des Brennofens 2 einnimmt. Nach oben hin wird der Mantel 3 durch eine Kuppel 7 abgeschlossen. In dem Mittelbereich 6 hat die Brennkammer 4 einen lichten Durchmesser, der zu der lichten Höhe der Brennkammer 4 in einem Verhältnis von ca. 3/4 steht. In beispielhafter Dimensionierung hat die Brennkammer 4 eine lichte Höhe von ca. 5,40 m und in dem Mittelbereich 6 einen lichten Durchmesser von ca. 4 m. The kiln 2 is essentially formed a (oven) coat 3 that has a combustion chamber 4 surrounds. In its lower part show the coat 3 and the limited combustion chamber 4 a pronounced funnel-shaped bottom 5 up, that yourself in the vertical direction about one quarter of the total height of the kiln 2 extends. To the ground 5 includes a hollow cylindrical center region 6 of the coat 3 at about half the height of the kiln 2 occupies. At the top is the coat 3 through a dome 7 completed. In the middle area 6 has the combustion chamber 4 a clearance diameter that matches the clear height of the combustion chamber 4 in a ratio of about 3/4 stands. In exemplary dimensioning has the combustion chamber 4 a clear height of about 5.40 m and in the middle area 6 a clear diameter of about 4 m.

Der doppelwandig ausgebildete Mantel 3 wird gebildet durch eine Innenwand 8 sowie eine diese mit Abstand umgebende Außenwand 9. Die Außenwand 9 ist wiederum außenseitig von einer (thermischen) Isolierung 10 umgeben. Die Innenwand 8 trägt keine Isolierung. The double-walled jacket 3 is formed by an inner wall 8th and a surrounding outer wall by far 9 , The outer wall 9 is again on the outside of a (thermal) insulation 10 surround. The inner wall 8th does not carry insulation.

Die Innenwand 8 ist durch eine geschweißte, und somit im fertigen Zustand einstückige Schale aus hochtemperaturfestem Stahl gebildet. Die Außenwand 9 ist aus drei Teilen zusammengesetzt, nämlich aus einem Kesselboden 11 (insbesondere einem Standardteil, wie es herkömmlicherweise für Kessel oder Vorratstanks verwendet wird), der die Kuppel 7 bildet, sowie aus zwei Halbschalen 12, die jeweils eine Hälfte des Mittelbereichs 6 und des Bodens 5 bilden. Diese drei Teile sind miteinander verschraubt oder in anderer Weise reversibel zusammengefügt, um den Brennofen 2 zu Wartungs- und Reparaturzwecken einfach demontieren zu können. Die vertikale Trennung der Außenwand 9 in die beiden Halbschalen 12 ermöglicht hierbei vorteilhafterweise – bei Abnahme mindestens einer Halbschale 12 – eine gute Zugänglichkeit zu der Innenwand 8, ohne den Brennofen 2 hierfür komplett demontieren zu müssen. The inner wall 8th is formed by a welded, and thus in the finished state one-piece shell made of high-temperature resistant steel. The outer wall 9 is composed of three parts, namely a boiler bottom 11 (In particular, a standard part, as it is conventionally used for boilers or storage tanks), the dome 7 forms, as well as two half-shells 12 , each one-half of the mid-range 6 and the soil 5 form. These three parts are bolted together or otherwise reversibly joined together to form the kiln 2 easy to disassemble for maintenance and repair. The vertical separation of the outer wall 9 in the two half shells 12 allows this advantageously - when taking at least one half-shell 12 - Good accessibility to the inner wall 8th without the kiln 2 to dismantle it completely.

Um eine spannungsfreie thermische Ausdehnung der Innenwand 8 zu ermöglichen, ist die Innenwand 8 ausschließlich an dem Kesselboden 11, also an dem Kuppelbereich der Außenwand 9 aufgehängt und steht ansonsten mit keinem anderen starren Teil der Anlage 1 in Berührung. Wie aus 2 hervorgeht, ist auch die Aufhängung der Innenwand 8 an dem Kesselboden 11 nicht starr ausgeführt. Vielmehr sind Befestigunglaschen 13 der Außenwand 8 mit horizontalen Langlöchern 14 versehen, an denen korrespondierende Befestigungslaschen 15 der Innenwand 8 mittels Bolzen 16 aufgehängt sind, so dass Radialbewegung der Befestigungslaschen 13 und 15 relativ zueinander ermöglicht ist. Um den Umfang des Kesselbodens 11 bzw. der Innenwand 8 sind vorzugsweise genau drei Paare von Befestigungslaschen 13 und jeweils korrespondierenden Befestigungslaschen 15 angeordnet, um bei möglichst hoher Flexibilität der Innenwand 8 die Zentrierung der Innenwand 8 bezüglich der Außenwand 9 zu gewährleisten. To a stress-free thermal expansion of the inner wall 8th to allow is the inner wall 8th exclusively on the bottom of the vessel 11 , ie at the dome area of the outer wall 9 hung up and otherwise stands with no other rigid part of the plant 1 in touch. How out 2 is apparent, is also the suspension of the inner wall 8th on the bottom of the kettle 11 not rigid. Rather, attachment tabs 13 the outer wall 8th with horizontal slots 14 provided on which corresponding mounting straps 15 the inner wall 8th by means of bolts 16 are suspended, allowing radial movement of the fastening tabs 13 and 15 is enabled relative to each other. Around the circumference of the boiler bottom 11 or the inner wall 8th are preferably exactly three pairs of attachment tabs 13 and respective corresponding fastening straps 15 arranged to maximize flexibility of the inner wall 8th the centering of the inner wall 8th with respect to the outer wall 9 to ensure.

Über seine Außenwand 9 sind der Mantel 3 und damit der gesamte Brennofen 3 hängend, z.B. an einem in 1 beispielhaft gezeigten Träger 17, montiert. About his outer wall 9 are the coat 3 and therefore the entire kiln 3 hanging, eg at an in 1 exemplified carrier 17 , assembled.

Zwischen der Innenwand 8 und der Außenwand 9 ist ein – im Horizontalschnitt durch den Brennofen 2 ringförmiger – Luftspalt gebildet, der als Mantelzwischenraum 18 bezeichnet ist, und dessen (jeweils senkrecht zu der Innenwand 8 gemessene) Stärke in der Kuppel 7 und dem Mittelbereich 6 beispielsweise ca. 20 Zentimeter und im Boden 5 beispielsweise ca. 30 Zentimeter beträgt. An seinem unteren Rand ist der Mantelzwischenraum 18 durch eine temperaturbeständige und flexible Dichtung 19 abgeschlossen. Between the inner wall 8th and the outer wall 9 is a - in horizontal section through the kiln 2 annular - air gap formed as a shell gap 18 is designated, and whose (each perpendicular to the inner wall 8th measured) strength in the dome 7 and the middle area 6 for example, about 20 inches and in the ground 5 for example, about 30 centimeters. At its lower edge is the mantle gap 18 through a temperature-resistant and flexible seal 19 completed.

An seinem unteren Rand ist der trichterförmige Boden 5 des Mantels 3 mit einer Auslassöffnung 20 versehen. Unterhalb dieser Auslassöffnung 20 ist eine Rutsche 21 an den Mantel 3 angebracht. At its lower edge is the funnel-shaped bottom 5 of the coat 3 with an outlet opening 20 Mistake. Below this outlet opening 20 is a slide 21 to the coat 3 appropriate.

In der Auslassöffnung 20 und mit Abstand zu dem Rand der Auslassöffnung 20 ist des Weiteren ein (Gas-)Brenner 22 angeordnet. Der Brenner 22 kann mittels eines (beispielsweise elektromotorischen, hydraulischen oder pneumatischen) Antriebs 23 in vertikaler Richtung um einen Hub h zwischen einer (in 1 mit durchgezogenen Linien dargestellten) Betriebsstellung und einer (in 1 mit gestrichelten Linien angedeuteten) Ruhestellung reversibel verschoben werden. Der Hub h beträgt in einer geeigneten Dimensionierung des Brennofens 2 beispielsweise 60 Zentimeter. In the outlet opening 20 and at a distance from the edge of the outlet opening 20 is also a (gas) burner 22 arranged. The burner 22 can by means of a (for example, electromotive, hydraulic or pneumatic) drive 23 in the vertical direction by a stroke h between a (in 1 shown with solid lines) operating position and a (in 1 indicated by dashed lines) rest position are shifted reversibly. The stroke h is in a suitable dimensioning of the kiln 2 for example, 60 centimeters.

Die Kuppel 7 mündet andererseits in einen Gasauslass 24. An den Gasauslass 24 schließt eine als Abgasführung 25 bezeichnete Rohrleitung an. Die Abgasführung 25 ist zur Wartung der Brennkammer 4 demontierbar. Der dann freiliegende Gasauslass 24 ist hinreichend groß dimensioniert, dass Wartungspersonal durch den Gasauslass 24 hindurch in die Brennkammer 4 einsteigen kann. The dome 7 on the other hand flows into a gas outlet 24 , To the gas outlet 24 includes one as exhaust system 25 designated pipeline on. The exhaust system 25 is for maintenance of the combustion chamber 4 demountable. The then exposed gas outlet 24 is sufficiently large that maintenance personnel through the gas outlet 24 through the combustion chamber 4 can get in.

Zur Zuführung von Brenngas B ist an den Brenner 22 eine Brenngasleitung 26 angeschlossen, in der zur Steuerung des Gaszuflusses ein Gasventil 27 angeordnet ist. Über das Gasventil 27 kann die Brennerleistung variabel eingestellt werden. For supplying fuel gas B is to the burner 22 a fuel gas line 26 connected, in which to control the gas flow a gas valve 27 is arranged. About the gas valve 27 the burner output can be variably adjusted.

Andererseits ist der Brenner 22 zur Zuführung von Luft L über eine Luftleitung 28 mit einem Gebläse 29 (oder ersatzweise einem Verdichter) verbunden. Der Brenner 22 umfasst (in nicht explizit dargestellter Weise) ein Brenneraggregat sowie ein Luftleitrohr, dass das Brenneraggregat konzentrisch und mit Abstand umgibt. Ein Anteil der über die Luftleitung 28 zugeführten Luft L wird im Betrieb des Brenners 22 unmittelbar dem Brenneraggregat als Verbrennungsluft zugeführt, so dass sich in dem Brenneraggregat ein etwa stöchiometrisches Gas-Sauerstoff-Gemisch bildet, das zur Befeuerung der Brennkammer 4 entzündet wird. Der in der Regel mengenmäßig überwiegende Anteil der Luft L wird als Überschussluft bzw. Kühlluft durch das Luftleitrohr außenseitig an dem Brenneraggregat vorbeigeleitet. On the other hand, the burner 22 for supplying air L via an air line 28 with a fan 29 (or alternatively a compressor) connected. The burner 22 includes (not explicitly shown) a burner unit and an air duct that surrounds the burner unit concentrically and at a distance. A share of the over the air line 28 supplied air L is in operation of the burner 22 supplied directly to the burner unit as combustion air, so that forms an approximately stoichiometric gas-oxygen mixture in the burner unit, which is used to fire the combustion chamber 4 is ignited. The predominantly quantitatively predominant portion of the air L is passed as the excess air or cooling air through the air duct on the outside of the burner unit.

Durch das Gebläse 29 ist dem Brenner 22 einerseits Kaltluft K (kalte Außenluft) zugeführt. Andererseits ist der Brenner 22 über eine Warmluftleitung 30 mit dem unteren Rand des Mantelzwischenraums 18 verbunden. Über diese Warmluftleitung 30 wird im Betrieb des Brennofens 2 erhitzte Warmluft W aus dem Mantelzwischenraum 18 abgeleitet und dem Brenner 22 zugeführt. Über einen dem Brenner 22 und dem Gebläse 29 zwischengeschalteten Mischer 31 ist im Betrieb der Anlage 1 variabel einstellbar, in welchem Verhältnis dem Brenner 22 Kaltluft K und Warmluft W zugeführt wird. Über den Mischer 31 wird somit auch die Temperatur der dem Brenner 22 zugeführten Luft L eingestellt. By the blower 29 is the burner 22 on the one hand cold air K (cold outside air) supplied. On the other hand, the burner 22 via a hot air line 30 with the lower edge of the jacket gap 18 connected. About this hot air line 30 is in operation of the kiln 2 heated warm air W from the jacket gap 18 derived and the burner 22 fed. About one the burner 22 and the blower 29 intermediate mixer 31 is in operation of the plant 1 variably adjustable, in which ratio the burner 22 Cold air K and hot air W is supplied. About the mixer 31 Thus, the temperature of the burner 22 supplied air L adjusted.

Der Warmluftstrom wird erzeugt, indem – mittels eines nicht explizit dargestellten Gebläses, z.B. eines Drehkolbengebläses – Kaltluft K über eine Luftleitung 32 volumendosiert und mit Überdruck in einen oberen Bereich des Mantelinnenraums 18 eingeleitet wird. The hot air flow is generated by - by means of a blower not explicitly shown, for example a rotary blower - cold air K via an air line 32 volume-metered and with overpressure into an upper area of the shell interior 18 is initiated.

Weiterhin umfasst die Anlage 1 eine Beschickungseinrichtung 33, mit der als zu expandierendes Brenngut Mikropartikel M aus einem Ausgangs-Glasmaterial in die Brennkammer 4 eingebracht werden können. Furthermore, the system includes 1 a feeder 33 with the as fuel to be expanded microparticles M from a starting glass material into the combustion chamber 4 can be introduced.

Die Beschickungseinrichtung 33 umfasst eine im Mittelbereich 6 (insbesondere etwa auf halber Höhe des Mittelbereichs 6) durch den Mantel 3 in die Brennkammer 4 eingeführte Brenngutleitung 34, die aus einem Brenngutreservoir (beispielsweise einem Silo) gespeist ist. Die Brenngutleitung 34 verläuft insbesondere in Beschickungsrichtung fallend unter einem Winkel von beispielsweise ca. 30° gegenüber der Horizontalen, so dass das Brenngut ohne aktive Förderung (lediglich unter Wirkung der Schwerkraft) in die Brennkammer 4 rutscht. Optional kann die Beschickungseinrichtung 25 allerdings auch Mittel zur aktiven Förderung der Mikropartikel M umfassen, z.B. ein Druckluftsystem zum Einblasen der Mikropartikel M oder eine Förderschnecke. The loading device 33 includes one in the middle section 6 (especially around halfway up the mid-range 6 ) through the coat 3 into the combustion chamber 4 introduced Brenngutleitung 34 , which is fed from a Brenngutreservoir (for example, a silo). The firing line 34 runs in particular in the feed direction falling at an angle of, for example, about 30 ° relative to the horizontal, so that the kiln without active promotion (only under the action of gravity) in the combustion chamber 4 slips. Optionally, the loading device 25 However, also include means for the active promotion of microparticles M, for example, a compressed air system for blowing the microparticles M or a screw conveyor.

Die Brenngutleitung 34 kann auf das Zentrum der Brennkammer 4 ausgerichtet sein. Vorzugsweise ist die Brenngutleitung 34 aber – wie aus 3 ersichtlich ist – im Querschnitt schräg unter einem Winkel von beispielsweise 30° gegen die Radialrichtung angestellt, so dass das Brenngut auf einer exzentrischen Bahn (insbesondere gegen den Uhrzeigersinn) in die Brennkammer 4 ausgestoßen wird. Wie aus 3 weiterhin ersichtlich ist, ist die Brenngutleitung 34 ohne Berührung mit der Innenwand 8 durch dieselbe hindurchgeführt. Durch die Außenwand 9 ist die Brenngutleitung 34 mittels einer Stopfbuchse 35 hindurchgeführt. Die Brenngutleitung 34 ist hierbei zur Feinabstimmung in gewissem Umfang gegenüber dem Mantel 3 schwenkbar. The firing line 34 can be on the center of the combustion chamber 4 be aligned. Preferably, the Brenngutleitung 34 but - like out 3 can be seen - in cross-section obliquely at an angle of for example 30 ° made against the radial direction, so that the kiln on an eccentric path (especially counterclockwise) in the combustion chamber 4 is ejected. How out 3 is still apparent, is the Brenngutleitung 34 without touching the inner wall 8th passed through it. Through the outer wall 9 is the kiln line 34 by means of a stuffing box 35 passed. The firing line 34 is here to fine tune to some extent compared to the coat 3 pivotable.

In der Brenngutleitung 34 ist ferner eine Stelleinheit 36 (vorzugsweise in Form einer einfachen Verschlussklappe) angeordnet, über die die Beschickung der Brennkammer 4 mit den Mikropartikeln M reversibel ausgelöst und unterbunden werden kann. In the kiln line 34 is also an actuator 36 (preferably in the form of a simple flap) arranged over which the loading of the combustion chamber 4 can be triggered reversibly with the microparticles M and prevented.

Schließlich umfasst die Anlage 1 eine Steuereinheit 37, die in der dargestellten Ausführungsform einen Rechner 38 mit einem darin lauffähig implementierten Steuerprogramm 39 umfasst. Die Steuereinheit 37 dient zur automatischen Steuerung der Anlage 1 in deren Betrieb und ist hierzu beispielsweise über einen angedeuteten Feldbus 40 mit dem Antrieb 23, dem Gasventil 27, dem Gebläse 29, dem Mischer 31 und der Stelleinheit 36 verbunden, um diese Anlagekomponenten automatisch anzusteuern. Finally, the facility includes 1 a control unit 37 in the illustrated embodiment, a computer 38 with a control program implemented in it executable 39 includes. The control unit 37 is used for automatic control of the system 1 in their operation and this is for example via an indicated fieldbus 40 with the drive 23 , the gas valve 27 , the blower 29 , the mixer 31 and the actuator 36 connected to automatically control these system components.

Über den Feldbus 40 (oder eine andere Datenübertragungsverbindung) ist die Steuereinheit 37 ferner mit einer Digitalkamera 41 verbunden, die fluchtend mit dem Brenner 22 und dem Zentrum der Brennkammer 4 in der Abgasführung 25 montiert ist. About the fieldbus 40 (or another communication link) is the control unit 37 further with a digital camera 41 connected, which are aligned with the burner 22 and the center of the combustion chamber 4 in the exhaust system 25 is mounted.

Im Betrieb der Anlage 1 werden Mikrohohlkugeln H chargenweise in einem zyklisch wiederholten Verfahrensablauf hergestellt. Hierzu wird zu Beginn eines jeden Verfahrenszyklus 42 (4) durch Befeuerung der Brennkammer 4 mittels des Brenners 22 und durch Einblasen von Luft L eine aufwärts gerichtete heiße Gasströmung erzeugt, in die jeweils eine Charge des zu expandierenden Brennguts mittels der Beschickungseinrichtung 33 ausgestoßen wird. Zusammen mit den als Brenngut eingebrachten Mikropartikeln M wird optional ein Trennmittel eingegeben, das ein Verkleben der Mikropartikel M und der entstehenden Mikrohohlkugeln H verhindert. Durch die Gasströmung, die nur einen vergleichsweise kleinen, zentralen Anteil der Querschnittsfläche der Brennkammer 4 einnimmt, werden die Mikropartikel M vielfach nach oben mitgerissen, driften in einem mittleren oder oberen Bereich der Brennkammer 4 unter dem Druck des nachdrängenden Gasstroms nach außen ab und fallen nahe der Innenwand 8 wieder in Richtung des Bodens 5 zurück, wo sie erneut in den Sog der Gasströmung geraten. Auf diese Weise entsteht in der Brennkammer 4 eine Kreisströmung 43, die in 1 schematisch angedeutet ist. Die Mikropartikel M und die sukzessive durch Expansion hieraus entstehenden Mikrohohlkugeln H werden auf diese Weise während des gesamten Verfahrenszyklus 42 in der Brennkammer 4 gehalten. In operation of the plant 1 Hollow microspheres H are produced batchwise in a cyclically repeated procedure. This is done at the beginning of each process cycle 42 ( 4 ) by firing the combustion chamber 4 by means of the burner 22 and by blowing in air L generates an upward hot gas flow, in each of which a batch of the fuel to be expanded by means of the charging device 33 is ejected. Optionally, a release agent is introduced together with the microparticles M introduced as the fuel, which prevents sticking of the microparticles M and the resulting hollow microspheres H. Due to the gas flow, only a comparatively small, central portion of the cross-sectional area of the combustion chamber 4 takes the microparticles M often pulled up, drift in a middle or upper portion of the combustion chamber 4 under the pressure of the nachdrängenden gas flow to the outside and fall close to the inner wall 8th again in the direction of the ground 5 back, where they again get caught in the wake of the gas flow. In this way arises in the combustion chamber 4 a circular flow 43 , in the 1 is indicated schematically. The microparticles M and the successive hollow microspheres H resulting from expansion are applied to them Way throughout the process cycle 42 in the combustion chamber 4 held.

Die Abgase des Verbrennungsprozesses werden über die Abgasführung 25 einem Kamin oder einer ggf. vorgeschalteten Abgasreinigungseinheit und/oder einem Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung zugeführt. Die Abgase werden hierbei zweckmäßigerweise aktiv aus der Brennkammer 4 abgesaugt, so dass in der Brennkammer 4 im Betrieb der Anlage 1 ein geringfügiger Unterdruck herrscht. Ein wesentliches Charakteristikum des Verfahrens besteht dabei darin, dass infolge der geometrischen Konstruktion des Brennofens 2 – anders als bei herkömmlichen Schachtöfen – allenfalls ein geringer Anteil der expandierten Mikrohohlkugeln H mit den Abgasen aus der Brennkammer 4 ausgetragen werden. The exhaust gases of the combustion process are via the exhaust system 25 a chimney or possibly upstream exhaust gas purification unit and / or a heat exchanger for heat recovery supplied. The exhaust gases are expediently active from the combustion chamber 4 sucked off, leaving in the combustion chamber 4 during operation of the plant 1 a slight negative pressure prevails. An essential feature of the method is that due to the geometric design of the kiln 2 - Unlike conventional shaft furnaces - at most a small proportion of the expanded hollow microspheres H with the exhaust gases from the combustion chamber 4 be discharged.

Am Ende eines jeden Verfahrenszyklus 42 wird der Brenner 22 ausgeschaltet (oder auf eine kleine Brennerleistung zurückgefahren) und mittels des Antriebs 23 aus der Betriebsstellung in die Ruhestellung angehoben. Hierdurch kommt die Kreisströmung 43 zum Erliegen. Das Brenngut, das nun größtenteils aus expandierten Mikrohohlkugeln H besteht, sinkt hierdurch auf den Boden 5 ab, wird durch die Trichterform des Bodens 5 zu der Auslassöffnung 20 gelenkt und rutscht über die Rutsche 21 unmittelbar oder mittelbar in ein (nicht dargestelltes) Produktreservoir, z.B. einen Container oder Silo. Dem Brennofen 2 und dem Produktreservoir sind optional Mittel zur aktiven Förderung der Mikrohohlkugeln H zwischengeschaltet, insbesondere ein oder mehrere Fördergeräte, z.B. Förderbänder und/oder pneumatische Förderer. At the end of each process cycle 42 becomes the burner 22 switched off (or reduced to a small burner power) and by means of the drive 23 raised from the operating position to the rest position. This brings the circular flow 43 to a halt. The kiln, which now consists largely of expanded hollow microspheres H, thereby sinks to the ground 5 is determined by the funnel shape of the soil 5 to the outlet opening 20 steered and slips over the slide 21 directly or indirectly in a (not shown) product reservoir, eg a container or silo. The kiln 2 and the product reservoir, means for actively conveying the hollow microspheres H are optionally interposed, in particular one or more conveying devices, eg conveyor belts and / or pneumatic conveyors.

In 4 ist der konkrete Ablauf eines jeden Verfahrenszyklus 42 anhand eines Diagramms der Temperatur T der Gasströmung gegen die Zeit t verdeutlicht. Als Maß für die Temperatur T der Gasströmung wird beispielhaft die Temperatur herangezogen, die über dem Brenner 22 auf mittlerer Höhe der Brennkammer 4 messbar ist. In 4 is the concrete process of each process cycle 42 illustrated by a diagram of the temperature T of the gas flow against the time t. As a measure of the temperature T of the gas flow, the temperature is used as an example, the above the burner 22 at mid-height of the combustion chamber 4 is measurable.

Wie aus 4 ersichtlich ist, gliedert sich jeder Verfahrenszyklus 42 im Einzelnen in eine Vorwärmphase 50, eine Temperaturerhöhungsphase 51, eine Gasbildungsphase 52, eine erste Abkühlphase 53, eine zweite Abkühlphase 54 und eine Entleerungsphase 55. Die Vorwärmphase 50 und die Temperaturerhöhungsphase 51 sind zusammen auch als Aufheizphase 56 bezeichnet. How out 4 can be seen, each process cycle is divided 42 in detail in a preheating phase 50 , a temperature increase phase 51 , a gas phase 52 , a first cooling phase 53 , a second cooling phase 54 and a discharge phase 55 , The preheating phase 50 and the temperature increase phase 51 are together as a heating up phase 56 designated.

Zu Beginn der Vorwärmphase 50 wird die Brennkammer 4 mit der zu expandierenden Charge des Brennguts beschickt. Die Temperatur T wird während der Vorwärmphase 50 für ca. 20 Sekunden auf einem Wert von ca. 800°C konstant gehalten, wodurch die als Brenngut sukzessive eingegebenen Mikropartikel M getrocknet und auf ein einheitliches Temperaturniveau gebracht werden, aber noch nicht aufschmelzen. At the beginning of the preheating phase 50 becomes the combustion chamber 4 charged with the batch of the fuel to be expanded. The temperature T is during the preheating phase 50 kept constant for about 20 seconds to a value of about 800 ° C, whereby the microparticles M which are successively introduced as firing material are dried and brought to a uniform temperature level, but do not yet melt.

In der anschließenden Temperaturerhöhungsphase 51 wird die Temperatur T durch kontinuierliche Steigerung der Brennerleistung innerhalb von ca. 10 Sekunden linear bis auf 10°C unter die Gasbildungstemperatur Te (z.B. mit Te = 1350°C) erhöht, wodurch die Mikropartikel M aufschmelzen, aber noch nicht expandieren. In the subsequent temperature increase phase 51 The temperature T is increased by continuous increase in the burner power within about 10 seconds linearly up to 10 ° C below the gas formation temperature Te (eg Te = 1350 ° C), causing the microparticles M melt, but not yet expand.

Mit dem Beginn der Gasbildungsphase 52 wird die Temperatur T durch weitere Erhöhung der Brennerleistung schlagartig für ca. 5 Sekunden auf ca. 50°C über die Gasbildungstemperatur Te angehoben, wodurch die aufgeschmolzenen Mikropartikel M durch Gasbildung zu Blasen expandieren. With the beginning of the gas phase 52 the temperature T is abruptly raised by about a further increase in the burner power for about 5 seconds to about 50 ° C above the gas formation temperature Te, whereby the molten microparticles M expand to form bubbles by gas formation.

Die Vorwärmphase 50, die Temperaturerhöhungsphase 51 und die Gasbildungsphase 52 ergeben zusammen eine Brennzeit tb von ca. 35 Sekunden. The preheating phase 50 , the temperature increase phase 51 and the gas phase 52 together result in a burning time tb of approx. 35 seconds.

Mit dem Beginn der ersten Abkühlphase 53 wird die Temperatur T dann wiederum schlagartig durch Erniedrigung der Brennerleistung auf einen Wert von ca. 900 °C (d.h. um ca. 400°C unter die Gasbildungstemperatur Te) abgekühlt, um die Gasbildungs-Zone zuverlässig zu verlassen. Auf diesem Wert wird die Temperatur T für ca. 10 Sekunden gehalten, um eine zu schnelle Abkühlung der Mikrohohlkugeln H – die zu Materialspannungen führen könnte – zu vermeiden. Während der Abkühlphase 53 kühlen die Mikrohohlkugeln H unter den Erweichungspunkt Tf (von z.B. Tf = 1050 °C) ab, wodurch die Klebeneigung der Mikrohohlkugeln H zum Erliegen kommt. Um die Kreisströmung 43 trotz der Reduzierung der Brennerleistung aufrechtzuerhalten, wird verstärkt Luft L in die Brennkammer 4 eingeblasen. With the beginning of the first cooling phase 53 the temperature T is then abruptly cooled by lowering the burner power to a value of about 900 ° C (ie by about 400 ° C below the gas formation temperature Te) to leave the gas-forming zone reliably. At this value, the temperature T is held for about 10 seconds to avoid too rapid cooling of the hollow microspheres H - which could lead to material stresses - to avoid. During the cooling phase 53 the hollow microspheres H cool down below the softening point Tf (of eg Tf = 1050 ° C), whereby the sticking tendency of the hollow microspheres H comes to a standstill. To the circular flow 43 despite the reduction in burner performance, air L is intensified in the combustion chamber 4 blown.

Im Anschluss an die erste Abkühlphase 53 wird die Brennerleistung zu Beginn der der zweiten Abkühlphase 54 auf Null oder einen geringen Wert zurückgefahren, so dass die Temperatur T in der Brennkammer 4 weiter zurückgeht. Auch in der Abkühlphase 54 wird die Kreisströmung 43 durch Einblasen von Luft L in die Brennkammer 4 für eine Dauer ca. 5 Sekunden aufrechterhalten. Following the first cooling phase 53 the burner output is at the beginning of the second cooling phase 54 reduced to zero or a low value, so that the temperature T in the combustion chamber 4 goes back further. Also in the cooling phase 54 becomes the circular flow 43 by blowing air L into the combustion chamber 4 maintained for a duration of about 5 seconds.

In der Entleerungsphase 55 werden schließlich – wie vorstehend beschrieben – der Brenner 22 in die Ruhestellung vorgeschoben, die Gebläseleistung gedrosselt und somit die Brennkammer 4 entleert. In the emptying phase 55 finally - as described above - the burner 22 pushed into the rest position, throttled the fan power and thus the combustion chamber 4 emptied.

Nach der etwa 10 Sekunden dauernden Entleerungsphase 55 wird der Brenner 22 in die Betriebsstellung zurückgefahren, worauf der nächste Verfahrenszyklus 42 in der vorstehend beschriebenen Weise gestartet wird. After about 10 seconds of emptying phase 55 becomes the burner 22 returned to the operating position, whereupon the next process cycle 42 is started in the manner described above.

In einer (nicht explizit dargestellten) Variante des vorstehend beschriebenen Verfahrensablaufs ist den Abkühlphasen 53 und 54 eine weitere Abkühlphase zwischengeschaltet, während der die Temperatur T bei weiter reduzierter Brennerleistung auf einem – gegenüber der Temperatur T in der Abkühlphase 53 – erniedrigten Wert konstant gehalten wird. Die Temperatur T wird somit stufenweise reduziert. Die Temperatur T in der ersten Abkühlphase 53 ist hierbei insbesondere höher angesetzt als in dem vorstehend beschriebenen Beispiel. So wird die Temperatur T beispielsweise in der ersten Abkühlphase 53 auf ca. 1000°C und in der zwischengeschalteten weiteren Abkühlphase auf ca. 800 °C reduziert, bevor zu Beginn der Abkühlphase 54 der Brenner 22 ausgeschaltet wird. In a (not explicitly shown) variant of the process described above is the cooling phases 53 and 54 a further cooling phase interposed, while the temperature T at further reduced burner power on a - compared to the temperature T in the cooling phase 53 - Lowered value is kept constant. The temperature T is thus gradually reduced. The temperature T in the first cooling phase 53 Here, in particular, is higher than in the example described above. Thus, the temperature T becomes, for example, in the first cooling phase 53 reduced to about 1000 ° C and in the intermediate further cooling phase to about 800 ° C, before the beginning of the cooling phase 54 the burner 22 is turned off.

Während des gesamten Verfahrenszyklus 42 wird die Innenwand 8 durch die Einleitung der Kaltluft K in den oberen Bereich des Mantelzwischenraums 18 und die Ableitung der erhitzten Warmluft W aus dem unteren Bereich des Mantelzwischenraums 18 im Gegenstrom zu der Heißgasströmung gekühlt, wodurch das Risiko, dass Brenngut mit der Innenwand 8 verklebt, weiter reduziert wird. Throughout the process cycle 42 becomes the inner wall 8th by the introduction of the cold air K in the upper region of the jacket gap 18 and the discharge of the heated hot air W from the lower region of the jacket gap 18 cooled in countercurrent to the hot gas flow, reducing the risk of firing with the inner wall 8th glued, further reduced.

Die in 4 dargestellte Kennkurve der Temperatur T wird vorzugsweise von der Steuereinheit 37 durch Steuerung (Open-Loop Control) der Brennerleistung, der Gebläseleistung und der Stellung des Mischers 31 eingestellt. In alternativer Ausführung der Anlage 1 wird die Temperatur T von der Steuereinheit 37 geregelt. Hierzu wird mittels eines in der Brennkammer 4 positionierten Temperatursensors ein Messwert der Temperatur T erhoben und der Steuereinheit 37 zugeführt. Wiederum alternativ kann als Istwert für die Regelung auch ein Schätzwert der Temperatur T herangezogen werden, der von der Steuereinheit 37 durch Auswertung der mittels der Digitalkamera 41 aufgenommenen Bilder (insbesondere durch Spektralanalyse der aufgenommenen Wärmestrahlung) berechnet wird. In the 4 illustrated characteristic curve of the temperature T is preferably from the control unit 37 by controlling (open-loop control) the burner output, the blower output and the position of the mixer 31 set. In an alternative version of the system 1 the temperature T is from the control unit 37 regulated. This is done by means of a in the combustion chamber 4 positioned temperature sensor is a measured value of the temperature T levied and the control unit 37 fed. As an alternative, an actual value for the control can also be an estimate of the temperature T which is used by the control unit 37 by evaluation by means of the digital camera 41 taken pictures (in particular by spectral analysis of the recorded heat radiation) is calculated.

Die von der Digitalkamera 41 aufgenommenen Bilder werden von der Steuereinheit 37 ferner – insbesondere in Form von Videosequenzen – auf einem Bildschirm angezeigt, um einem Bediener der Anlage 1 eine visuelle Kontrolle des Verfahrensablaufs zu ermöglichen. The from the digital camera 41 captured images are taken from the control unit 37 Furthermore - in particular in the form of video sequences - displayed on a screen to an operator of the system 1 to allow a visual control of the procedure.

5 zeigt eine alternative Ausführung des Brennofens 2. Dieser unterscheidet sich von der Ausführung nach 1 darin, dass an dem unteren Rand des Mantels 3 im Bereich der Auslassöffnung 20 ein Umkehrtisch 60 angeordnet ist. Der Umkehrtisch 60 ist durch eine ringförmige Düse gebildet, die durch einen Verdichter 61 mit Druckluft beaufschlagt wird. Mittels des Umkehrtisches 60 wird während eines jeden Verfahrenszyklus 42 eine nach innen und schräg nach oben gerichtete Radialströmung P erzeugt. Durch die Radialströmung P werden in den Bodenbereich der Brennkammer 4 abgesunkene Mikropartikel M und Mikrohohlkugeln H in die Flamme des Brenners 22 mitgerissen, wodurch die Aufrechterhaltung der Kreisströmung 43 effektiv unterstützt wird. 5 shows an alternative embodiment of the kiln 2 , This differs from the execution 1 in that at the bottom of the mantle 3 in the area of the outlet opening 20 a reversing table 60 is arranged. The reversing table 60 is formed by an annular nozzle that passes through a compressor 61 Compressed air is applied. By means of the reversing table 60 is during each process cycle 42 an inwardly and obliquely upward radial flow P generated. By the radial flow P be in the bottom area of the combustion chamber 4 dropped microparticles M and hollow microspheres H in the flame of the burner 22 entrained, thereby maintaining the circular flow 43 is effectively supported.

Optional wird mittels des Umkehrtischs 60 zusammen mit der Druckluft ein Trennmittel in die Brennkammer 4 eingeblasen. Optionally, by means of the reversing table 60 together with the compressed air, a release agent in the combustion chamber 4 blown.

6 zeigt eine wiederum alternative Ausführungsform der Brennofens 2. Diese unterscheidet sich von dem Brennofen 2 aus 1 dadurch, dass anstelle des dortigen Brenners 22 mehrere (insbesondere vier oder sechs) Brenner 70 vorgesehen sind, die kranzartig um die Auslassöffnung 20 verteilt angeordnet sind. Im Gegensatz zu dem Brenner 22 sind die Brenner 70 unbeweglich an dem Mantel 3 befestigt, so dass der Antrieb 23 entfällt. 6 shows a turn alternative embodiment of the kiln 2 , This is different from the kiln 2 out 1 in that instead of the local burner 22 several (especially four or six) burners 70 are provided, the coronary around the outlet opening 20 are arranged distributed. Unlike the burner 22 are the burners 70 immovable on the mantle 3 attached, so the drive 23 eliminated.

7 zeigt schließlich eine weitere Ausführungsform des Brennofens 2, bei der die (analog zu 6 ausgebildeten und angeordneten) Brenner 70 in Kombination mit dem Umkehrtisch 60 (gemäß 5) eingesetzt sind. 7 shows finally another embodiment of the kiln 2 , in which the (analogous to 6 trained and arranged) burner 70 in combination with the reversing table 60 (according to 5 ) are used.

Die Erfindung wird an den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen besonders deutlich, ist auf diese gleichwohl aber nicht beschränkt. Vielmehr können weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung aus den Ansprüchen und der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. The invention will be particularly apparent to the embodiments described above, but is not limited to these. Rather, other embodiments of the invention can be derived from the claims and the foregoing description.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Anlage investment
2 2: Brennofen kiln
3 3: (Ofen-)Mantel (Furnace) Sheath
4 4: Brennkammer combustion chamber
5 5: Boden ground
6 6: Mittelbereich the central region
7 7: Kuppel dome
8 8th: Innenwand inner wall
9 9: Außenwand outer wall
10 10: Isolierung insulation
11 11: Kesselboden Kesselboden
12 12: Halbschale half shell
13 13: Befestigungslasche mounting tab
14 14: Langloch Long hole
15 15: Befestigungslasche mounting tab
16 16: Bolzen bolt
17 17: Träger carrier
18 18: Mantelzwischenraum Coat clearance
19 19: Dichtung poetry
20 20: Auslassöffnung outlet
21 21: Rutsche slide
22 22: (Gas-)Brenner (Gas) burner
23 23: Antrieb drive
24 24: Gasauslass gas outlet
25 25: Abgasführung exhaust system
26 26: Brenngasleitung Fuel gas line
27 27: Gasventil gas valve
28 28: Luftleitung air line
29 29: Gebläse fan
30 30: Warmluftleitung Hot air duct
31 31: Mischer mixer
32 32: Luftleitung air line
33 33: Beschickungseinrichtung feeder
34 34: Brenngutleitung Brenngutleitung
35 35: Stopfbuchse gland
36 36: Stelleinheit actuator
37 37: Steuereinheit control unit
38 38: Rechner computer
39 39: Steuerprogramm control program
40 40: Feldbus fieldbus
41 41: Digitalkamera digital camera
42 42: Verfahrenszyklus process cycle
43 43: Kreisströmung circular flow
50 50: Vorwärmphase preheating
51 51: Temperaturerhöhungsphase Temperature increase phase
52 52: Gasbildungsphase Gas formation phase
53 53: Abkühlphase cooling phase
54 54: Abkühlphase cooling phase
55 55: Entleerungsphase emptying phase
56 56: Aufheizphase heating phase
60 60: Umkehrtisch inversion table
61 61: Verdichter compressor
70 70: Brenner burner
h H: Hub stroke
t t: Zeit Time
tb tb: Brennzeit burning time
B B: Brenngas fuel gas
H H: Mikrohohlkugeln Hollow microspheres
K K: Kaltluft cold air
L L: Luft air
M M: Mikropartikel microparticles
P P: Radialströmung radial flow
T T: Temperatur temperature
Te Te: Gasbildungstemperatur Gas formation temperature
Tf tf: Erweichungstemperatur softening
W W: Warmluft hot air

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 3230064 A [0003, 0003]
US 2009/0280328 A1 [0004]
US 2007/0275335 A1 [0004]
US 5002696 A [0004]

Claims

Method for the production of hollow microspheres (H) from glass, in which by firing in a combustion chamber ( 4 ) of a kiln ( 2 ) an upward, hot gas flow is generated, - in which in the combustion chamber ( 4 ) a charge of microparticles (M) is introduced from a starting glass material, - in which the microparticles (M) for a given firing time (tb) in the combustion chamber ( 4 ) are exposed to the hot gas flow, so that they are expanded under gas formation to the hollow microspheres (H), and - in which the combustion chamber ( 4 ) is emptied directly or indirectly after the end of the firing time (tb).

Method according to claim 1, - in which the firing of the combustion chamber ( 4 ) is set or reduced at the end of the firing time (tb), wherein the gas flow is maintained by blowing air (L) at a reduced temperature (T), and - in which the hollow microspheres (H) are cooled during a cooling phase ( 53 . 54 ) in the combustion chamber ( 4 ) are exposed to this cooled gas flow in order to avoid sticking of the hollow microspheres (H).

Method according to Claim 1 or 2, in which the temperature (T) of the gas flow during the firing time (tb) is changed in accordance with a predetermined, time-varying characteristic curve by the combustion power of at least one for firing the combustion chamber ( 4 ) burner ( 22 . 70 ) and / or the power of one to inject air (L) into the combustion chamber ( 4 ) provided blower ( 29 ) are controlled or regulated.

Method according to Claim 3, in which the temperature (T) of the gas flow within the firing time (tb) - during a heating phase ( 55 ) after filling the microparticles (M) in the combustion chamber ( 4 ) is first increased comparatively slowly to near a gas formation temperature (Te) of the starting glass material, - in a subsequent gas phase ( 52 ) is raised above the gas formation temperature (Te) in order to trigger the gas formation leading to the expansion of the microparticles (M) and in which the temperature (T) of the gas flow following the firing time (tb) in a first cooling phase ( 53 ) is lowered below the gas formation temperature (Te) to stop gas formation and to stabilize the hollow microspheres (H).

Method according to Claim 4, in which the temperature (T) of the gas flow during the heating phase ( 55 ) - within a preheating phase ( 50 ) is initially kept constant at a value below a softening temperature (Tf) of the starting glass material, and - during a temperature increase phase ( 51 ) is then increased continuously or in several steps to near the gas formation temperature (Te).

Process according to claim 5, - in which 30 kg to 35 kg of each microparticle (M) with particle diameters in the range between 10 μm and 60 μm into the combustion chamber ( 4 ), at which the temperature (T) of the gas flow - during the preheating phase ( 50 ) is held constant for about 20 seconds at about 800 ° C, - during the temperature increase phase ( 51 ) is increased within 10 seconds continuously or in several steps to about 10 ° C below the gas formation temperature (Te), - during the gas phase ( 52 ) is kept at about 50 ° C above the gas formation temperature (Te) for about 5 seconds, and - during the first cooling phase ( 53 ) is kept at least 50 ° C to 100 ° C below the gas formation temperature (Te) for about 10 seconds.

Method according to one of claims 1 to 6, wherein the gas flow in the combustion chamber ( 4 ) is produced such that the microparticles (M) and the hollow microspheres (H) resulting therefrom are heated on a circular flow during the firing time (tb) ( 43 ).

Investment ( 1 ) for the production of hollow microspheres (H) from glass, - with a kiln ( 2 ) comprising a combustion chamber ( 4 ), - with at least one burner ( 22 . 70 ), in the combustion chamber ( 4 ) an upwardly directed hot gas flow can be generated, - with a feed device ( 33 ), by means of which the combustion chamber ( 4 ) can be loaded with microparticles (M) to be expanded from a starting glass material, 20 ) to emptying the combustion chamber ( 4 ), and - with a control unit ( 37 ), which is adapted to automatically carry out the method according to one of claims 1 to 7.

Investment ( 1 ) according to claim 8, the combustion chamber ( 4 ) has a clear height, the clear diameter of the combustion chamber ( 4 ) at its widest point by a maximum of twice to three times.

Investment ( 1 ) according to claim 8 or 9, wherein the kiln ( 2 ) one the combustion chamber ( 4 ) bounding inner wall ( 8th ) made of steel.

Use of a kiln ( 2 ) with a combustion chamber ( 4 ), which has a clear height, the clear diameter of the combustion chamber ( 4 ) at its widest point by a maximum of twice to three times surpasses, for the production of hollow microspheres (H) of glass with expansion of a into the combustion chamber ( 4 ) filled charge of microparticles (M) from a starting glass material in one by firing the combustion chamber ( 4 ), upwardly directed hot gas flow.

Use according to claim 11, wherein the kiln ( 2 ) one the combustion chamber ( 4 ) bounding inner wall ( 8th ) made of steel.