PT83157B

PT83157B - Processo e aparelho para a fabricacao de esferas a partir de particulas minusculas, e esferas assim obtidas

Info

Publication number: PT83157B
Application number: PT83157A
Authority: PT
Original assignee: Potters Industries Inc
Priority date: 1985-08-07
Filing date: 1986-08-06
Publication date: 1992-10-30
Also published as: AU579019B2; CS274659B2; CH664551A5; CA1307377C; AT400563B; US4643753A; JP2591612B2; MX161229A; EP0231205A4; JPS63500373A; ES8800067A1; EP0231205B1; ES555652A0; PT83157A; WO1987000827A1; GB2191188A; DK173987D0; SE8701432L; SE463097B; CN86104881B

Description

presente invento refere-se a um novo pro, cesso e aparelho para a fabricação de esferas, e, mais parti, cularmente, a tal processo e aparelho para a fabricação de esferas a partir de minúsculas partículas de vidro ou outro material de formação de esferas e às esferas produzidas por este meio·

As esferas de vidro e outras partículas es féricas produzidas de acordo com o presente invento têm nume rosas aplicações industriais e comerciais. Em muitos casos, as esferas são utilizadas para proporcionar uma superfície reflectora, por exemplo na marcação de faixas de rodagem em estradas, para painéis de estrada e publicidade, painéis para exibição de filmes, etc. Outras aplicações para as esferas incluem utilizações nas quais as suas propriedades reflectoras têm pouca importância, por exemplo em casos em que as esferas são utilizadas como materiais de enchimento para materiais plásticos, ou para diversas utilizações eléctricas. 0 diâmetro das esferas pode variar muito e, como indica ção, vai desde cerca de 6,0 milímetros até cerca de 1 mícron.

57.304

LCRx ds 22.63

»

Até agora têm sido utilizados diversos prç> cessos e aparelhos para fabricar esferas de vidro. Como exem pio, tem sido frequentemente prática usual introduzir partículas de vidro com forma irregular num tubo de aspiração colocado verticalmente, aberto na sua extremidade superior e com uma chama de gás bem distribuída junto à sua extremidade inferior. As partículas são deslocadas de baixo para cima p£ los gases de combustão numa câmara de expansão ou chaminé montada acima do tubo de aspiração. Durante o seu movimento ascendente, as partículas tornam-se macias, e, devido a tensão superficial, tomam uma configuração substancialmente esférica para formar contas de vidro. Para uma exposição mais pormenorizada de sistemas de fabricação de contas representa tivos deste tipo, podem consultar-se, por exemplo, a Patente E.U. 2.334.57® concedida em 16 de Novembro de 1943 a Rudolf H. Potters, a Patente E.U. 2.619.77® concedida em 2 de Dezem bro de 195² a Rudolf H. Potters, a Patente E.U. 2.945.326 concedida em 19 de Julho de 1960 a Thomas K. Wood e as Paten tes E.U. 3.5®0.185 e 3.5®0.186 concedidas em 1 de Fevereiro de 1971 a Arthur G. Nylander.

Noutros casos, têm-se produzido esferas de vidro dlrectamente a partir de uma corrente de vidro em fusão, conforme é descrito, por exemplo, na Patente E.U, 3.279.905 concedida em 18 de Outubro de 196® a Thomas K. Wood et al». Ainda outros processos para a fabricação de esferas do tipo utilizado anteriormente incluem o emprego de um forno rotativo. Nestes últimos processos, as partículas de vidro es magado são correntemente revestidas com uma resina ou outro ligante e um material como grafite para proporcionar um reves timento e/ou matriz de protecção em volta de cada partícula à medida que as esferas são formadas. Processos deste último ti po estão descritos na Patente E.U. 3.597.177 concedida em 3 de Agosto de 1971 a Charles Davidoff e na Patente E.U. 2.461.011 concedida em 8 de Fevereiro de 1948 a N.W. Taylor e t al...

57.304

LCRs ds 22.63

Os processos e aparelhos anteriores utilizados na fabricação de partículas esféricas, por exemplo con tas de vidro, têm apresentado certos inconvenientes. Como exemplo, a eficiência térmica total de muitos desses sistemas da técnica anterior era comparativamente pequena, do que resultava um custo de produção das contas excessivo. Álém disso, e isto tinha especial importância em processos e aparelhos que utilizavam um tubo de aspiração vertical, a eficiên cia térmica era ainda mais prejudicada por causa da necessidade de utilizar uma porção de energia disponível para o transporte vertical das partículas, e o gradiente de tempera tura no interior do tubo dava origem à produção de esferas que de vez em quando apresentavam falta de esfericidade e tinham outros defeitos. Era também necessário controlar com cui dado a densidade populacional das partículas, a fim de minimi zar a incidência de colisões entre partículas que diminuíam a qualidade do produto. 0 equipamento utilizado anteriormente para produzir esferas de vidro tinha grandes dimensões e outras desvantagens que ainda diminuiam mais a eficiência e a fabricação económica das esferas numa base contínua de grande volume.

Outros processos e aparelhos anteriores, por exemplo os que utilizam fornos rotativos e equipamento análogo, tinham o inconveniente de os materiais de revestimen to utilizados necessitarem quer de um ligante para o revestimento ou matriz de protecção com massa substancial que tinha de ser aquecida além das partículas. Outro inconveniente do processo e aparelho deste último tipo era o facto de o material de revestimento ter de ser retirado num processo mecânico caro, como lavagem, etc», para se obter um produto sem revestimento.

Um objecto geral do presente invento, portanto, é proporcionar um processo novo e económico e um aparelho para a produção de contas de vidro ou outras partículas esféricas.

- 3 57.304

LCRí ds 22.63

»

Mais especificamente, um objecto do presen· te invento é proporcionar um processo e aparelho nos quais o calor disponível é utilizado de maneira mais eficiente e menos cara do que tem sido possível até agora.

Outro objecto do presente invento é proporcionar um processo eaparelho para a produção de partículas es féricas nos quais as partículas resultantes apresentam características extremamente boas e uniformidade e esfericidade.

Outro objecto do presente invento é proporcionar um processo e aparelho para a produção de partíulas nos quais se aplica às partículas um revestimento muitíssimo fino e uniforme sem utilização de ligantes ou matrizes.

Ainda outro objecto do presente invento é proporcionar um processo e aparelho para a produção de partículas com a natureza indicada, nos quais o revestimento é retirado para produzir partículas opticamente límpidas sem la vagem ou remoção mecânica do revestimento.

Mais outro objecto do presente invento é proporcionar um sistema novo e aperfeiçoado para a fabricação de contas de vidro que é económico e completamente digno de confiança em funcionamento.

N_uma forma de realização representativa do presente invento, introduz-se uma multiplicidade de partículas de vidro esmagado num leito de fluidificação. Um gás iner te ou outro material fluidificante é dirigido para o leito para suspender as partículas num estado fluidificado, e as partículas são aquecidas até uma temperatura elevada, sufici. entemente alta para permitir que a tensão superficial molde as partículas em forma esférica. As partículas são seguidamente arrefecidas, enquanto continuam a sua fluidificação du rante um período de tempo suficiente para provocar o endurecimento das partículas na forma de esferas.

A utilização de um leito de fluidificação para produzir ou tratar as partículas compreende uma característica particularmente vantajosa de diversas formas de re

- 4 57.304

LCR: ds 22,63

B

allzação preferidas do invento. 0 leito serve para conter' as partículas no interior de uma área muito menor que a da maior parte dos sistemas de fabricação de esferas utilizados comercialmente até agora, com o resultado de que a quantidade de calor perdido durante a esferificação das partículas diminui de maneira substancial. Além disso, a distribuição de calor mais regular no interior do leito permite a produção de esf£ ras que têm melhores características de esfericidade e dimen são.

De acordo com outra característica do presente invento, em diversas formas de realização vantajosas, aplica-se às partículas um revestimento delgado de material protector, antes do momento em que as partículas atingem a sua temperatura de amolecimento. Em casos nos quais as parti cuias têm contacto umas com as outras durante a sua formação em esferas, o revestimento serve para impedir que as partículas se aglomerem ou adiram umas às outras. O revestimer. to compreende preferivelmente um carbono oxidável que adere às partículas mesmo em sistemas do tipo do tubo de aspiração vertical ou forno rotativo.

De acordo com outra característica de diver sas formas de realização convenientes do presente invento,depois da esferificação das partículas revestidas, estas são ej. postas a uma atmosfera oxidante. As partículas são mantidas na atmosfera durante um período de tempo suficiente para queimar ou oxidar e separar o revestimento de maneira que as esferas resultantes sejam opticamente límpidas e tenham boas propriedades retroreflectoras.

presente invento, assim como outros objeji tos e características do mesmo, será compreendido com mais pormenor e mais completamente a partir da descrição que se segue de uma forma de realização preferida, quando lida com referência aos desenhos anexos.

A Figura 1 é um diagrama esquemático de um processo e aparelho para a fabricação de contas de vidro

- 5 57.304

LCR: ds 22.63

B

de acordo com uma forma de realização exemplificativa do presente invento.

A Figura 2 é uma vista em corte vertical longitudinal feito pela linha 2-2 da Figura 3 e que representa um leito de fluidificação e componentes associados utiliza dos no processo e aparelho da Figura 1.

A Figura 3 é uma vista em corte vertical transversal feito pela linha 3-3 da Figura 2.

A Figura 3a é uma vista em corte horizontal feito pela linha 3a-3a da Figura 2.

A Figura 4 é um corte vertical do outro leito de fluidificação utilizado no processo e aparelho da Figura 1.

A Figura 5 é uma vista em corte horizontal feito pela linha 5-5 da Figura 4.

A Figura 6 é uma vista em corte vertical longitudinal de um terceiro leito de fluidificação utilizado no processo e aparelho da Figura 1.

A Figura 7 é uma vista em corte vertical transversal feito pela linha 7-7 da Figura 6.

A Figura 8 é uma vista em corte vertical de um leito de fluidificação utilizado num processo e aparelho para a fabricação de contas de vidro de acordo com outra forma de realização exemplificativa do presente invento.

A Figura 9 ® tuna vista em corte horizontal feito pela linha 9-9 da Figura 8.

Com referência à Figura 1 dos desenhos, e£ tá representado um processo e aparelho para a fabricação de contas de vidro a partir de partículas minúsculas de vidro es magado. Na forma de realização representada, as partículas e_s magadas compreendem um vidro de soda-cal-silicato, mas o processo e o aparelho podem ser utilizados com substancialmente a mesma facilidade para produzir esferas a partir de outros

- 6 57.304

LCR: ds 22.63

B

tipos de vidro, de plásticos ou substancialmente qualquer outro material em partículas que tenha a propriedade de se tornar esférico devido a tensão superficial ou outros meios com a aplicação de calor. 0 processo e aparelho representados nos desenhos têm utilidade particular na produção de contas de vi dro em grande escala por meio do emprego de um ou mais leitos de fluidificação. Conforme será explicado de maneira mais por menorizada na descrição que se segue, no entanto, algumas das características do invento são também aplicáveis à fabricação das contas por meio de tubos de aspiração verticais, fornosro tativos ou outros tipos de sistemas de fabricação de contas.

No processo e aparelho da Figura 1, uma multiplicidade de partículas de vidro esmagado são fornecidas de maneira contínua a um cilindro rolante 10 por meio de uma conduta de abastecimento 11. 0 cilindro rolante 10 é de cons trução convencional e inclui também uma conduta de abastecimento 12 para receber um material de revestimento apropriado. Este revestimento compreende vantajosamente um material carbonoso aderente oxidável, de um tipo que será descrito adiante de maneira mais pormenorizada, e é muito bem misturado com as partículas de vidro no interior do cilindro rolante 10 para proporcionar um revestimento muitíssimo delgado mas completo sobre cada partícula. Nao se adicionam ligantes nem matrizes à mistura, mas a dimensão muitíssimo pequena das par tículas e as propriedades aderentes do material de revestimen to contribuem para a realização de um revestimento liso e uni forme em volta de cada partícula.

As partículas de vidro assim revestidas são conduzidas do cilindro rolante 10 por uma conduta 13 e uma válvula 14 para um recinto de formação de esferas com a forma de um leito de fluidificação 15. Conforme se vê melhor nas Figuras 2 e 3, a conduta 13 entra no leito de fluidifica ção 15 contíguo à esquerda ou extremidade de abastecimento da parede superior 19 do leito. 0 leito 15 inclui também uma parede inferior 20, paredes laterais longitudinais 22 e 23,e

- 7 57.304

LCRí ds 22.63

B

paredes laterais transversais 25 e 26, cada uma das quais é fabricada com um material refractário isolador do calor. Estas paredes formam um recinto rectangular que se prolonga lor gitudinalmente e é destinado aos diversos componentes interiores do leito.

Dois canais 30 e 31 compridos e relativamente estreitos estão montados dentro do leito de fluidifica ção 15. Os canais 30 e 31 estão colocados lado a lado em relação paralela um com o outro em posição para receber as par tículas de vidro revestidas a partir da conduta de partículas 13. A conduta 13 tem na sua extremidade inferior uma uni ão com a forma de Y para formar ramos de conduta 13a e 13b que comunicam com os canais 30 e 31, respectivamente. Os canais 30 e 31 têm uma série de divisórias 32 (Figura 3a) cada um. As divisórias 32 têm a forma de chapas verticais que assentam em planos transversais à direcçâo longitudinal dos ca nais e se prolongam alternadamente a partir de lados opostos de cada canal para proporcionar um percurso sinuoso para as partículas que se deslocam ao longo do canal.

Há zonas de aquecimento 36, 37 ® 38 insta ladas no leito fluidificante 15. A temperatura destas zonas é regulada em parte por elementos de aquecimento 39, 40 e 41 instalados no leito 15. Conforme se vê melhor nas Figuras 3 e 3a, os elementos de aquecimento 39 ^e 41 estão colocados contiguamente às paredes laterais longitudinais respectivas 22 e 23 do leito 15, enquanto que o elemento de aquecimento 40 está colocado centralmente a meia distância entre os dois canais 30 e 31. 0 leito 15 inclui adicionalmente uma zona de saída 45 localizada na extremidade a jusante ou de descarga do leito. A zona 45 é separada da zona 38 por uma placa 46 de retenção colocada verticalmente que se prolonga transversalmente através de cada um dos canais 30 e 31.

Uma placa de retenção 47 ajustável está intercalada entre a zona de saída 45 e a parede transversal 26 na extremidade de descarga do leito de fluidificação 15.

_ 8 57.304

LCRí ds 22.63

»

A placa de retenção 47 tem uma abertura central definida por um rebordo horizontal 48 e está colocada de maneira deslizanis para movimento vertical no interior de uma conduta de descarga 49 que se prolonga através da parede inferior 20 do leito

15. Esta conduta de descarga comunica com os canais 30 e 31 do leito 15 por meio de uma ligação em Y apropriada (não visj. vel nos desenhos). A placa de retenção 47 pode ser deslocada para cima ou para baixo em relação à conduta 49 para alterar a posição do rebordo 48 dentro da conduta.

Uma placa 51 de fundo perfurado está supor tada dentro do leito fluidificante 15 a curta distância acims da parede de fundo 20. Cinco condutas de entrada de gás 53, 54, 55, 56 e 57 prolongam-se através da parede de fundo 20 do leito 15 e estão espaçadas ao longo do centro longitudinal do leito. Estas condutas de entrada estão colocadas de manei ra a deixar entrar gás fluidificante no espaço entre a paredes 26 e a placa de fundo 51 ® seguidamente através das perfurações da placa de fundo para os dois canais interiores 30 e 31.

Fazendo novamente referência à Figura 1, dos desenhos, ó gás fluidificante é introduzido no sistema a·· través de uma conduta de entrada 60. 0 gás compreende vantajosamente azoto ou outro gás que seja suficientemente inerte para não reagir com o material de revestimento ou com as partículas que estão a ser esferifiçadas às temperaturas utilizadas no sistema. 0 gás que entra é dirigido por uma válvula de admissão 62 e um ventilador 63 para um permutador de calor 65. A partir do permutador de calor 65, admite-se gás fluidi ficante num pré-aquecedor 67 e depois em aquecedores sucessi vos 69 e 70»

Um ramo de conduta 72 está ligado à con duta de entrada 60 entre os aquecedores 67 e 69. A conduta 72 conduz para duas válvulas 73 e 74 em relação paralela uma com a outra, e estas válvulas, por sua vez, estão ligadas às condutas de entrada 53 e 54. U_m segundo ramo de conduta

- 9 57.304

LCRs ds 22.63

I

está ligado a conduta 60 entre os aquecedores 69 e 70. A conduta 7& conduz por intermédio de uma válvula 77 para a con duta de entrada de gás 55. As condutas de entrada de gás restantes 56 e 57 está ligadas à conduta 60 por um ramo de condu ta 78 no lado jusante do aquecedor 70· 0 fluxo de gás fluidi.

ficante através do aquecedor 70 e do ramo de conduta 78 é regulado por uma válvula 79.

A disposição permite que o gás fluidificante dentro da conduta 60 seja previamente aquecido pelo per mutador de calor 65 e o préaquecedor 67, e que uma porção de gás previamente aquecido seja introduzida depois na zona 36 do leito fluidificante 15 através do ramo de conduta 72 e con dutas de entrada 53 e 54.

O_utra porção do gás fluidificante previamante quecido é novamente aquecida pelo aquecedor 69 e é introduzida na zona 37 do leito 15 através do ramo de conduta 76 e da conduta de entrada 55, enquanto uma terceira porção do gás fluidificante previamente aquecido é novamenteaquecida pelo aquecedor 7θ e é introduzida nas zonas 3® e 45 do leito através do ramo de conduta 7θ ® das condutas de entrada 56 e 57.

leito fluidificante 15 tem uma conduta 80 de saída de gás para extrair gás inerte de maneira contínua de junto da extremidade a montante da parede superior 19 (Figura 2). A conduta de saída 80 está ligada a um ciclone separador 84 que serve para separar pó e outro material em partículas do gás inerte quente que vem do leito de fluidificação 15· 0 material em partículas volta ao leito 15 por intermédio de uma válvula 82 e de uma conduta de retorno 85, en quanto o gás extraído é conduzido por uma conduta 87 para o permutador de calor 65 onde é utilizado para pré-aquecer parcialmente o gás inerte acabado de preparar que está na conduta de entrada 60. A partir do permutador de calor 65, o gás extraído continua para uma unidade de arrefecimento 9θ que é abastecida com água de refrigeração por uma conduta 92. 0 gás

- 10 15

57.304

LCRt ds 22.63

arrefecido entra depois num filtro de saco 05 que tem uma con duta 96 de azoto de retorno por um ventilador e um depósito de pó 97 que recolhe material em partículas residual que se encontra no interior do gás. Uma conduta 99 dirige o gás do filtro de saco 95 para um outro filtro 100, e este último fil tro está ligado por meio de uma conduta 102 à conduta de entrada 60 entre a válvula 62 e o ventilador 63. 0 gás assim ar refecido e filtrado é misturado com o gás fluidificante acaba do de preparar que se encontra na conduta 60 e é reciclado através do sistema.

Uma conduta 103 está ligada à conduta 60 de gás de fluidificação por intermédio de uma válvula 104. A conduta 103 une-se à conduta 60 entre o permutador de calor 65 e o permutador de calor 67 e é utilizada para fornecer gás de fluidificação a um leito de fluidificação intermédio 105 que recebe as esferas de vidro revestidas da conduta de descarga 49. 0 leito da fluidificação 105 serve de leito vedante para isolar a atmosfera inerte no interior do leito 15» e efectua também um arrefecimento parcial das esferas. Para assegurar o fluxo livre das partículas que caem pela conduta de descarga 49 no leito 105, o leito tem uma conduta de saída 106 que conduz até uma bomba 108 e em seguida para o separador 84. A bomba 108 extrai continuamento gás inerte do leito 105 e impede por este meio a acumulação de pressão excessiva dentro do leito.

A partir do leito vedante e refrigerante intermédio 105, as esferas revestidas prossegem através de uma conduta de descarga 107 para um leito de fluidificação oxidante 110. Conforme se vê melhor nas Figuras 4 e 5» ⁰leito oxidante 110 inclui um recipiente 112 de materiàl refractário isolador de calor que encerra um invólucro cilíndrico 113. 0 invólucro 113 tem uma placa de fundo perfurada

114 em relação espaçada com a parede inferior do recipiente 112. Uma conduta de entrada de ar 115 prolonga-se através da parede de fundo do recipiente para dar entrada a gás flu11

57.304

LCRj ds 22.63 »

idificante no espaço entre a parede de fundo e a placa 114 e em seguida através das perfurações da placa para manter as es feras revestidas no interior do invólucro 113 ^em estado fluidificado numa atmosfera oxidante. 0 invólucro 113 proporciona um recinto para as esferas revestidas e inclui uma conduta de escape 116 que se prolonga para cima a partir do topo do invólucro.

leito de fluidificação 110 é abastecido com ar ou outro gás oxidante a partir de uma conduta de entrada 120 (Figura 1). 0 gás que entra segue através de um filtro de ar 121 e um ventilador 122 para uma válvula 124 e depois através de um calorífero 126 para a conduta de entrada 115.

Partículas fluidificadas provenientes do leito de fluidificação 110 são descarregadas por uma conduta 128 para um leito de fluidificação refrigerante indicado de maneira geral em 130. Conforme se vê melhor nas Figuras 6 e 7, o leito refrigerante 130 inclui um recipiente 132 metálico rectangular que está rodeado por uma camisa refrigerante 134. A camisa 134 é abastecida com água ou outro fluído refrigerante por uma conduta de entrada 135, e o fluído refrigerante é extraído por uma conduta de saída 136. Uma placa perfurada 138 está a pequena distância acima do fundo do recipiente 132. 0 espaço sob a placa 138 é abastecido com ar ou outro gás de fluidificação à temperatura ambiente a partir de uma conduta de entrada 139 que está ligada por intermédio de uma válvula 142 (Figura 1) à conduta de abastecimen to 120 entre o ventilador 122 e a válvula 124. 0 gás de flui^ dificação é descarregado continuamente do leito refrigerante 130 através de um escape 144 que comunica com o escape 116 que sai do leito oxidante 110.

As partículas com forma irregular introduzidas no tambor rolante 10 compreendem partículas de vidro ou outro material vítreo. Além de vidro soda-cal utilizado correntemente para sinalização de estradas, pode utilizar-se

57.304

LCR: ds 22.63

I

vidro com um índice de refracção maior, por exemplo vidros de titânio, com substancialmente o mesmo resultado. As partículas podem ser peneiradas, se se desejar, para limitar o produto a uma gama de dimensões particular, ou podem ser tratadas de acordo com o processo para criar esferas de vidro com dimensões variáveis que podem ser depois peneiradas, se se desejar, para proporcionar esferas de uma gama de dimensões particular. 0 processo também pode ser utilizado para produzir esferas a partir de partículas de plástico ou essencialmente qualquer outro material que tenha possibilida de de se tornar mole com a aplicação de calor. Uma das vanta gens do processo é ter possibilidade de produzir esferas com diâmetro maior que muitos dos processos aplicados comercialmente até agora. Nos sitemas de tubo de aspiração vertical anteriores, por exemplo, as esferas têm geralmente diâmetros que variam desde cerca de 1 mícron até um máximo de cerca de 1,0 milímetros, mas com o processo do presente invento formam-se esferas de boa qualidade que têm uma gama de diâmetros que vão desde cerca de 1 mícron até cerca de 6,0 milímetros.

As partículas com forma irregular são mui to bem misturadas no tambor rolante 10 com um revestimento protector aderente oxidável de partículas de diâmetro muitíjs simo pequeno. Embora se possa utilizar uma grande variedade de materiais de revestimento que satisfazem estes requisitos, obtêm-se resultados especialmente bons com revestimentos de negro de fumo. Também se podem utilizar, com bom efeito, ni. trito de boro, os silanos que contêm átomos de carbono e outro material carbonoso que não é molhado por vidro mole fundido, Entre os negros de fumo utilizáveis como materiais de revestimento estão os que se encontram à venda no mercado e são designados por negro de fornalha.

A quantidade de material de revestimento utilizado deve ser suficiente para proporcionar um revestimento completo e uniforme em volta de cada partícula de vidro. Se se aplicar um excesso de material de revestimento

57.304

LCR: ds 22.63

B

às partículas, no entanto, o material em excesso não aumenta a eficácia do revestimento e é pura e simplesmente desperdiça do. Para partículas de vidro esmagado com dimensões que variam desde malha 18 até malha 40 Norma E.U., e para os negros de fumo utilizados até agora, a quantidade de material de revestimento por quilograma de partículas deve variar desde cer ca de 1,1 g até cerca de 4,4 g (0,5 g a 2 g por libra), e obtêm-se resultados particularmente bons em casos em que o revestimento é aplicado na proporção de cerca de 2,2 g por quilograma de partículas (1,0 g por libra). Abaixo de cerca de 1,1 g por quilograma (0,5 g por libra), o material é insuficiente para revestir completamente cada partícula, enquanto que acima de cerca de 4,4 g por quilograma (2 g por libra) se obtém um produto satisfatório mas o excesso de revestimento não proporciona qualquer efeito benéfico. Para partículas menores que malha 18-40, emprega-se uma quantidade de material de revestimento proporcionalmente maior, devido à maior área de superfície das partículas. Inversamente, as partículas aci ma desta gama em particular necessitam de material de revesti, mento correspondentemente em menor quantidade. A quantidade de material de revestimento utilizada para uma certa fabricação é inversamente proporcional à área de superfície das partículas numa relação substancialmente linear. Para satisfazer estes requisitos, a quantidade de material de revestimento nas partículas de vidro varia vantajosamente desde cerca de 0,1$ até cerca de 0,5$ ^em peso.

emprego de um material de revestimento aderente desta natureza permite a realização de um revestimen to liso e uniforme sobre cada partícula sem necessidade de em pregar ligantes, matrizes ou outros aditivos ao revestimento. Assim, são eliminadas resinas, matrizes de carvão vegetal, etc., com o resultado de o revestimento poder ser aplicado mais rapidamente que materiais de revestimento anteriores e a custo muito menor.

Depois de terminada a fase de revestimen- 14 57.304

LCR: ds 22.63

»

to, as partículas de vidro esmagado são introduzidas pela con duta 13 no leito de fluidificação 15. 0 débito de fluxo das partículas que entram permite que se mantenha continuamente dentro dos canais de leito 30 e 31 (Figuras 3 e 3a) um volume de partículas que é cerca de metade do volume dos canais. As partículas são fluidificadas nos canais 30 e 31 pelo gás iner te proveniente das condutas 53, 54, 55, 56 e 57, θ as particu las são aquecidas até uma temperatura elevada suficientemente alta e durante tempo suficiente para amolecer as partículas e deixar que a tensão superficial lhes dê forma esférica enquan to se encontram em estado fluidificado.

aquecimento das partículas é controlado cuidadosamente à medida que se deslocam através das zonas sucessivas 36, 37, 38 e 45 do leito de fluidificação 15 por meio da regulação da temperatura da atmosfera inerte no interior das zonas. Isto efectua-se por meio do controlo dos aqu£ cedores exteriores 67, 69 e 70 e dos aquecedores interiores 39, 40 ® 41 (Figuras 3 e 3a). Para a esferodificação de vidro de soda-cal-silicato, por exemplo, a temperatura das partículas que se deslocam através da zona 36 é elevada até cerca de 400° C. Nesta fase do processo, as partículas ainda não estão moles.e retêm o seu revestimento carbonoso uniforme. Na zona 37, a temperatura das partículas volta a ser aumentada, e nas zonas 38 e 45 a temperatura é novamente aumentada para aproxj. madamente 850° C ou 900° C. 0 tempo de permanência nas duas zonas 38 e 45, por exemplo 15 minutos, é suficiente para permitir que cada partícula amoleça e a tensão superficial da partícula lhe dê forma esférica enquanto está num estado flui dificado. A atmosfera nas zonas 38 e 45 é suficientemente iner te para impedir qualquer queima ou oxidação do revestimento sobre a partícula. 0 gás inerte que entra proveniente da conduta 55 ® mantido a uma temperatura de cerca de 600° C pelo aquecedor 69, e o aquecedor 7θ, juntamente com os aquecedores 39, 4o e 41 (Figura 3 e 3a) proporcionam novo aumento da temperatura da atmosfera nas zonas 38 e 45 para levar as particu

57.304

LCR: ds 22.63

las até à sua temperatura de esferidificação.

As partículas fluidificadas que se encontram no leito 15 são mantidas à sua temperatura de esferidifl cação à medida que as partículas se deslocam através da zona 38 para a zona de saída 45. Conforme se vê da melhor maneira na Figura 2, o nível das partículas na zona 45 diminuiu substancialmente devido à placa de represa 46, e as partículas continuam a passar por cima do rebordo 48 da placa de represa 47 e para dentro da conduta de descarga vertical 49.

A partir da conduta de descarga 49, as partículas agora esféricas entram no leito 105 vedante e refrigerante intermédio. As partículas são submetidas a uma de_s cida rápida da temperatura no interior do leito 105, 6 são mantidas à temperatura diminuída, por exemplo 600° C, num estado fluidificado durante um período de tempo suficiente para provocar o endurecimento das esferas. Além de promover o arre, fecimento das partículas, o leito 105 forma também um vedante entre a atmosfera inerte no interior do leito 15 e a atmosfera oxidante no interior do leito 110.

Depois de as partículas esféricas solidificadas serem expostas à atmosfera oxidante do leito 110, o revestimento carbonoso das partículas queima-se rapidamente e é descarregado pelo respiradouro 116. Devido a este revestimento muitíssimo delgado, cada porção individual de material de revestimento é retirada da superfície da partícula esférica, do que resulta que as esferas individuais são opticamente límpidas e não necessitam de mais limpeza, lavagem ou qualquer outro tratamento. A atmosfera oxidante no interior do leito 110 está a uma temperatura superior a temperatura de combustão ou oxidação do material de revestimento, mas inferjL or à temperatura de amolecimento das partículas esféricas para evitar que as esferas se peguem ou deformem quando entram em contacto umas com as outras depois de o revestimento ter sido retirado. A atmosfera no interior do leito 110 é mantida a esta temperatura pelo ar aquecido que entra no leito atra35

- 16 57.304

LCR: ds 22.63

Β

vés do calorífero 126 e da conduta 115 e pelo calor gerado pe la combustão do material de revestimento.

As esferas de vidro opticamente límpidas continuam a percorrer a conduta 128 até ao leito refrigerante 130. As partículas são mantidas num estado fluidificado no in terior do leito 130 à medida que a sua temperatura é novamente diminuída para cerca de 90° C. 0 produto resultante é descarregado depois para um colector 148.

Durante o processo de fabricação, tanto as partículas como o material de revestimento estão em estado seco sem a presença de água ou outros líquidos. A presença de água no cilindro de rolamento 10, por exemplo, apresenta tendência para levar as partículas a pegarem-se umas às outras e obriga também a utilizar um revestimento muito mais pesado em cada partícula. Às temperaturas que se encontram no interior do leito fluidificado 15, a água pode provocar a formação de oxigénio, do que resulta que algum material de revestimento pode ser queimado prematuramente, λ medida que as partículas vão tocando umas nas outras no seu estado fluidificado, é importante, para evitar partículas pegajosas ou deformadas, que o revestimento se conserve sobre cada partícula até ao momento em que as partículas se solidificarem na forma de esferas de vidro. 0 revestimento é então retirado das esferas enquanto estas ainda estão a temperatura elevada.

Fazendo agora referência às Figuras 8 e 9, está representado um leito fluidificante 150 para receber uma multiplicidade de partículas esmagadas para serem esferificadas de acordo com outra forma de realização representativa do presente invento. 0 leito 150 tem um recipiente 152 de material refractário isolador térmico e um invólucro cilíndri co 153 dentro do recipiente. Uma placa de fundo perfurada 154 está localizada dentro do invólucro 153 em relação espaçada com a parede de fundo do recipiente 152. Vma conduta 155, que está ligada à conduta de azoto 60 (Figura 1), ou outra fonte apropriada de gás inerte quente, sobressai através da parede

57.304

LCR: ds 22.63 de fundo. A conduta 155 admite gás no espaço entre a parede de fundo e a placa 154 e depois através das perfurações da placa para manter as partículas esmagadas no interior do invó lucro 153 em estado fluidificado numa atmosfera inerte. 0 invólucro inclui uma conduta de retorno 156 para retirar continuamente gás inerte do invólucro e reciclar o gás através do sistema da maneira atrás descrita.

»

Uma conduta de entrada de partículas 158 pr<> longa-se através da parede lateral cilíndrica do invólucro 153, e um queimador 160 está colocado exteriormente contíguo ao invólucro. 0 escape do queimador comunica com o interior do invólucro 153 através de uma conduta 161 que está unida tangencialmente à porção inferior do invólucro. Mantém-se uma chama forte de combustível no queimador 160 para criar fuligem na forma de negro de fumo no escape do queimador.

A medida que as partículas de vidro esmagado entram pela conduta 158 para dentro do invólucro 153, fluidificam-se devido ao gás inerte que entra pela conduta 155. 0 negro de fumo que entra, vindo da conduta 161 do escape do queimador, segue um percurso turbilhonante ou rodopiante a me dida que entra no invólucro 153 para aplicar um revestimento delgado mas completo a cada partícula de vidro individual que está dentro do invólucro. A chama do queimador é ajustada para introduzir o negro de fumo nas proporções atrás indicadas.

As partículas revestidas no interior do leito de fluidificação 150 são aquecidas até uma temperatura el£ vada suficientemente alta para permitir que a tensão superficial dê as partículas a forma esférica, enquanto as partículas se encontram em estado fluidificado dentro do leito. As partículas são depois arrefecidas enquanto se encontram em es tado fluidificado durante um período de tempo suficiente para provocar o endurecimento das esferas, e o revestimento e retj. rado por meio do processo de oxidação atrás descrito.

Embora o presente invento tenha sido representado e descrito pondo em destaque a sua utilidade para a

57.304

LCRs ds 22.63

I fabricação de esferas de vidro por meio do emprego de um ou mais leitos de fluidificação, algumas características do invento podem também ser aplicadas noutros tipos de sistemas de formação de esferas. Por exemplo, as novas técnicas de aplica ção e remoção do revestimento descritas na presente, proporcionam um processo mais eficiente e um produto substancialmen te melhorado quando se empregam sistemas de tubo de aspiração vertical, fornos rotativos, técnicas denominadas de frigideira e a fabricação de esferas por meio de uma torre de gotejamento ou trituração (frilling). Visto que o revestimento impe de a deformação ou a adesão das partículas nestes diversos sistemas e é facilmente separável sem necessidade de lavagem das esferas, o produto resultante apresenta uma uniformidade muitíssimo boa e uma maior percentagem de esferas perfeitas. Diversos outros sistemas de produção ou tratamento de esferas nos quais se poderá aplicar o presente invento tornar-se-ão evidentes para os técnicos da especialidade, depois da leitura da descrição anterior.

Os termos e expressões que foram utilizados são usados como termos de descrição e não de limitação, e não se pretende, com o emprego desses termos e expressões, ex- i cluir quaisquer equivalentes das características apresentadas e descritas, ou suas porções, reconhecendo-se que são possíveis diversas modificações dentro do âmbito do invento reivin dicado,

Claims

-REIVINDICAÇÕES1* - Processo para a fabricação de esferas a partir de uma multiplicidade de partículas minúsculas, caracterizado pelo facto de compreender, conjuntamenteí a introdução de uma multiplicidade de partí- 19 -

B

57.304

LCR: ds 22.63 cuias num leito de fluidificação;

o encaminhamento de um material de fluidificação para o leito de suspensão das partículas que nele se en contram e fluidificá-las por este meio;

o aquecimento das partículas a uma temperatu ra elevada suficientemente alta para que a tensão superficial dê às partículas a forma esférica enquanto estão em estado fluidificado no referido leito; e seguidamente, o arrefecimento das partículas esféricas enquanto se mantêm as partículas em estado fluidifi cado durante um período de tempo suficiente para provocar o endurecimento das esferas.
2? - Processo de acordo com a reivindicação

1, caracterizado pelo facto de compreender, conjuntamente:

a introdução de uma multiplicidade de partículas num leito de fluidificação;

o encaminhamento de um gás de fluidificação para o leito de suspensão das x>artículas que nele se encontram e fluidificá-las por este meio;

a aplicação de calor ao gás de fluidificação para elevar a temperatura das partículas até um ponto suficien temente alto para que a tensão superficial dê forma esférica às partículas enquanto estas se encontram em estado fluidificado no referido leito; e seguidamente, o arrefecimento das partículas esféricas enquanto se mantêm as partículas em estado fluidifi cado durante um período de tempo suficiente para provocar o endurecimento das esferas.
3® - Processo de acordo com a reivindicação

2, caracterizado pelo facto de o gás de fluidificação ser extraído continuamente do leito e ser reciclado neste.
4® - Processo de acordo com a reivindicação

1, caracterizado pelo facto de compreender conjuntamente:

a introdução de uma multiplicidade de partículas num primeiro leito de fluidificação;

57.304

LCR: ds 22.63

B o encaminhamento de um material fluidificante para o primeiro leito de suspensão das partículas que nele se encontram e fluidificá-las por este meio;

o aquecimento das partículas até uma tempera tura elevada suficientemente alta para que a tensão superfici al dê forma esférica às partículas enquanto se encontram num estado fluidificado no referido primeiro leito; e seguidamente, a transferência das referidas partículas para um segundo leito de fluidificação, mantendo o segundo leito as partículas num estado fluidificado durante um período de tempo suficiente para provocar o endurecimento das esferas.
5» - Processo de acordo com a reivindicação

1, caracterizado pelo facto de compreender conjuntamente:

a aplicação de um revestimento protector às partículas;

a introdução das partículas num leito de flu idificação;

o encaminhamento de um gás de fluidificação para o leito de suspensão das partículas que nele se encontram e fluidificá-las por este meio;

o aquecimento das partículas a uma temperatu ra elevada suficientemente alta para que a tensão superficial dê forma esférica às partículas enquanto se encontram em esta do fluidificado no referido leito;

o arrefecimento das partículas esféricas enquanto se mantêm as partículas num estado fluidificado durante um período de tempo suficiente para provocar o endurecimen to das esferas; e a eliminação do referido revestimento das partículas esféricas.
6®· - Processo de acordo com a reivindicação

1, caracterizado pelo facto de compreender conjuntamente:

o revestimento das partículas com um material protector oxidável;

»

57.304

LCRj ds 22.63 a introdução das partículas assim revestidas num recinto de formação de esferas;

o aquecimento das partículas a uma temperatu ra elevada suficientemente alta para dar às partículas a forma esférica;

seguidamente, o arrefecimento das partículas durante um período de tempo suficiente para provocar o endurecimento destas para formar esferas; e a exposição das esferas a uma atmosfera oxidante para oxidar e retirar o referido revestimento.
7& - Processo de acordo com a reivindicação

1, caracterizado pelo facto de compreender, conjuntamentes o revestimento das partículas com um material protector aderente oxidável, variando a quantidade de mate» rial de revestimento aplicada desde cerca de 0, 1$ até cerca de 0,5$ em peso;

a introdução das partículas assim revestidas num recinto de formação de esferas que tem uma atmosfera iner te;

o aquecimento das partículas a uma temperatu ra elevada suficientemente alta para que a tensão superficial dê a forma esférica às partículas;

seguidamente, o arrefecimento das referidas partículas durante um período de tempo suficiente para provocar o endurecimento destas para formar esferas; e a eliminação completa do referido revestimen to das partículas esféricas, por meio da oxidação do referido revestimento.
8s - Processo de acordo com a reivindicação 1, para a fabricação de esferas de vidro a partir de partículas de vidro minúsculas, caracterizado pelo facto de compreen der, conjuntamente:

o revestimento das partículas de vidro com um material protector aderente oxidável;

a introdução das partículas assim revestidas

57.304

LCRs ds 22.63

B num recinto de formação de esferas que tem uma atmosfera inerte;

o aquecimento das partículas até uma tempera tura elevada suficientemente alta para dar às partículas a forma esférica enquanto se encontram no referido recinto;

seguidamente, o arrefecimento das referidas partículas durante tempo suficiente para provocar o endurecimento das esferas; e a exposição das esferas a uma atmosfera oxidante para oxidar e eliminar o referido revestimento.
9» _ Processo de acordo com a reivindicação

7, caracterizado pelo facto de o referido material protector aderente oxidável compreender negro de fumo.
10» - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo facto de o material protector aderente oxidável ser aplicado às partículas por meio de rotação de uma mistura de material com as partículas.
11» - Processo de acordo com a reivindicação

8, caracterizado pelo facto de também compreender conjuntamente ;

o fornecimento de um combustível de chama forte; e a mistura dos produtos de combustão do referido combustível com as referidas partículas para proporcionar o referido revestimento de material protector oxidável aderente às mesmas.
12» - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de compreender, conjuntamenteí o revestimento das partículas com um material protector oxidável;

a introdução das partículas assim revestidas num primeiro leito fluidificante;

o encaminhamento de um gás inerte para o pri meiro leito fluidificante para suspender as partículas numa atmosfera inerte fluidificá-las por este meio;

- 23 1

I

57.304 LCR: ds 22.63 SSor /

o aquecimento das partículas a uma temperatura elevada suficientemente alta para que a tensão superficial dê forma esférica às partículas enquanto se encontram num estado fluidificado no referido primeiro leito;

a transferência das referidas partículas para um segundo leito de fluidificação, continuando o referido segundo leito a manter as partículas num estado fluidificado durante um período de tempo suficiente para provocar o endurecimento das esferas; e a eliminação do referido revestimento das partículas esféricas.
13* . Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo facto de compreender conjuntamente:

o revestimento das partículas de vidro com um material protector aderente oxidável;

a introdução das partículas assim revestidas num primeiro leito de fluidificação que tem uma atmosfera inerte;

o aquecimento das partículas até uma temperatura elevada suficientemente alta para que a tensão superficial dê forma esférica às partículas enquanto se encontram num estado fluidificado no referido primeiro leito;

o arrefecimento das referidas partículas en quanto se mantêm as partículas num estado fluidificado duran te tempo suficiente para provocar o endurecimento das esferas ; e a transferência das partículas para um segundo leito de fluidificação que tem uma atmosfera oxidante, sendo as partículas mantidas num estado fluidificado no ref£ rido segundo leito durante um períiodo de tempo suficiente pa ra oxidar e eliminar completamente o revestimento protector das mesmas.
14* - Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo facto de o material protector ade^ rente oxidável compreender negro de fumo.

57.304

LCR: ds 22.63

I
15* - Processo de acordo com as reivindicações 8 e 13, caracterizado pelo facto de compreender conjuntamente t o revestimento das partículas de vidro com um material protector aderente oxidável;

a introdução das partículas assim revestidas num primeiro leito de fluidificação que tem uma atmosfera inerte;

o aquecimento das partículas a uma temperatura elevada suficientemente alta para que a tensão superficial dê forma esférica às partículas enquanto se encontram num estado fluidificado no referido primeiro leito;

o arrefecimento das referidas partículas en quanto se mantêm as partículas num estado fluidificado duran te tempo suficiente para provocar a presa das esferas;

a transferência das partículas fluidificadas para um segundo leito fluidificado que tem uma atmosfera oxidante, sendo as referidas partículas mantidas num estado fluidificado no referido segundo leito durante um período de tempo suficiente para oxidar e eliminar o revestimento protector das mesmas; e seguidamente, a transferência das referidas partículas para um terceiro leito de fluidificação para arre fecer novamente as partículas.
16» - Aparelho para a fabricação de esferas a partir de uma multiplicidade de partículas minúsculas, caracterizado pelo facto de compreender conjuntamentes um primeiro leito de fluidificação para receber uma multiplicidade de partículas;

meios para encaminhar um gás de fluidificação para o leito fluidificante para suspender as partículas que se encontram neste e fluidificá-las por este meio;

meios de aquecimento para elevar a temperatura das partículas até uma temperatura suficientemente alta para que a tensão superficial dê forma esférica às partícu

57.304

LCRx ds 22,63

B las enquanto se encontram num estado fluidificado no referido leito; e meios para seguidamente arrefecer as partículas esféricas enquanto se mantêm as partículas num estado fluidificado durante um período de tempo suficiente para prt> vocar o endurecimento das esferas.
17* - Aparelho de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo facto de compreender conjuntamente !

meios para revestir uma multiplicidade de partículas com um material protector oxidável;

um leito de fluidificação para receber as partículas assim revestidas;

meios para introduzir um gás inerte no leito para fluidificar as partículas que se encontram neste;

meios de aquecimento para elevar a temperatura das partículas até uma temperatura suficientemente alta para que a tensão superficial dê forma esférica às partículas enquanto se encontram num estado fluidificado no referido leito fluidificante;

meios para arrefecer as partículas esféricas enquanto se mantêm as partículas num estado fluidificado durante um período de tempo suficiente para provocar o en durecimento das esferas; e meios que cooperam com o leito fluidificante para eliminar completamente o revestimento protector das partículas esféricas.
18® - Aparelho de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo facto de compreender também conjuntamente s meios para extrair gás inerte do referido leito fluidificante e para devolver o gás extraído ao referido leito para o reciclar.
19® - Aparelho de acordo com a reivindicação 16, para a fabricação de esferas de vidro a partir de

57.304

LCR: ds 22.63 partículas de vidro minúsculas, caracterizado pelo facto de compreender conjuntamente:

meios para revestir uma multiplicidade de partículas de vidro com um material protector aderente oxidável;

um primeiro leito de fluidificação para receber as partículas assim revestidas;

meios para introduzir um gás inerte no primeiro leito para fluidificar as partículas que se encontram neste;

meios de aquecimento para elevar a temperatura das partículas até uma temperatura suficientemente alta para que a tensão superficial dê forma esférica àspartículas enquanto se encontram num estado fluidificado no referido primeiro leito;

meios para arrefecer as partículas esféricas enquanto se mantêm as partículas num estado fluidificado durante tempo suficiente para provocar o endurecimento das mesmas a fim de formar esferas de vidro;

um segundo leito de fluidificação que tem uma atmosfera oxidante;

5 meios para transferir as partículas esféricas do referido primeiro leito para o referido segundo leito, sendo as partículas mantidas num estado fluidificado no referido segundo leito durante um período de tempo suficiente para oxidar e eliminar o revestimento protector das mesmas.
20& - Aparelho de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo facto de compreender conjuntamente:

meios de agitação para revestir uma multiplicidade das partículas de vidro com um material protector aderente oxidável;

um primeiro leito fluidificante para receber as partículas assim revestidas;

meios para introduzir um gás inerte no pri- 27 -

57.304

LCR: ds 22.63 »

meiro leito para fluidificar as partículas que se encontram neste;

meios de aquecimento para elevar a temperatura das partículas até uma temperatura suficientemente alta para que a tensão superficial dê forma esférica às partículas enquanto se encontram num estado fluidificado no referido pri meiro leito;

meios para arrefecer as partículas esféricas enquanto se mantêm as partículas num estado fluidificado durante tempo suficiente para provocar o endurecimento das esferas;

um segundo leito de fluidificação que tem uma atmosfera oxidante;

meios para transferir as partículas esféricas do referido primeiro leito para o referido segundo leito, sendo as partículas mantidas num estado fluidificado no referido segundo leito durante um período de tempo suficiente para oxidar e eliminar completamente o revestimento protector das mesmas;

um terceiro leito de fluidificação; e meios para transferir as partículas esféricas do referido segundo leito para o referido terceiro leito, sendo as partículas mantidas num estado fluidificado no referido terceiro leito durante tempo suficiente para arrefecer novamente as mesmas.
21* - Esferas caracterizadas pelo facto de serem obtidas pelo processo de acordo com a reivindicação 1.
22* - Esferas caracterizadas pelo facto de serem obtidas pelo processo de acordo com a reivindicação 6.
23* - Esferas caracterizadas pelo facto de serem obtidas pelo processo de acordo com a reivindicação 15.