GRANULATS

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur

Herstellung eines geblähten Granulats aus sandkornförmigem, mineralischem Material mit einem Treibmittel, beispielsweise eines geblähten Granulats aus Perlit- oder Obsidiansand; wobei das Material in einen im Wesentlichen senkrecht stehenden Ofen aufgegeben wird; wobei das Material in einem Ofenschacht des Ofens entlang einer Förderstrecke durch mehrere, vertikal voneinander getrennt angeordnete Heizzonen gefördert wird, wobei jede Heizzone mit zumindest einem unabhängig steuerbaren Heizelement beheizt werden kann; wobei das Material dabei auf eine kritische Temperatur erhitzt wird, bei welcher die

Oberflächen der Sandkörner plastisch werden und die Sandkörner aufgrund des Treibmittels gebläht werden; wobei das geblähte Material aus dem Ofen ausgetragen wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiters eine Vorrichtung zur Herstellung eines geblähten Granulats aus einem

sandkornförmigen Material, umfassend einen im Wesentlichen senkrecht stehenden Ofen mit einem Ofenschacht, der ein oberes Ende und ein unteres Ende aufweist, wobei zwischen den beiden Enden eine Förderstrecke verläuft, welche durch mehrere, vertikal voneinander getrennt angeordnete Heizzonen führt, wobei die Heizzonen jeweils zumindest ein voneinander

unabhängig steuerbares Heizelement aufweisen, um das Material auf eine kritische Temperatur zu erhitzen und die Sandkörner zu blähen.

STAND DER TECHNIK Aus der AT 12878 Ul ist ein Verfahren zum geschlossenzelligen Blähen von mineralischen Materialien, insbesondere von Sanden aus vulkanischen Gesteinen wie z.B. Perlit oder Obsidian, bekannt. Dabei erfolgt das Blähen aufgrund von im Material gebundenem Wasser, das als Treibmittel fungiert, wenn das sandkornförmige Material in einem Schachtofen auf eine

kritische Temperatur erhitzt wird, bei welcher die Oberfläche der Sandkörner plastisch wird. Das Material wird von oben in den Ofen aufgegeben und durchfällt aufgrund der Schwerkraft eine Fallstrecke im Ofenschacht. Dabei treten Auftriebskräfte auf, die u.a. durch die Dichte des Materials vor und nach dem Blähvorgang sowie durch die Kaminwirkung des Ofenschachts beeinflusst werden. Diese bewirken im Allgemeinen eine Vergrößerung der Verweilzeit des Materials im Ofenschacht, was zum Teil auch ausgenutzt werden kann, um die Verweilzeit im Ofenschacht gezielt zu verlängern. Typischerweise können auf diese Art und Weise Rohsande der Körnungen zwischen 100 pm und 700 pm gebläht werden.

Wesentlich kleinere Körnungen des zu blähenden Materials lassen sich mit dem bekannten Verfahren jedoch nicht

realisieren, da die Sinkgeschwindigkeit des Sands im

(gasgefüllten) Ofenschacht mit geringerer Körnung abnimmt. Ab einer gewissen minimalen Korngröße können daher keine noch kleineren Korngrößen für das bekannte Blähverfahren verwendet werden, da die Auftriebskräfte für diese noch kleineren

Korngrößen zu groß sind. D.h. diese Sandkörner gelangen nicht mehr durch den Ofenschacht, wobei es insbesondere zu einem Anbacken des heißen Materials am Ofenschacht kommt. Dies bedeutet z.B. wiederum, dass das bei der Aufbereitung von Vulkansanden zwangsläufig anfallende Feinmaterial mit

Körnungen von kleiner 100 pm nicht zu einem wertvollen

Endprodukt in Form von geblähten Sandkörnern bzw. Mikrosphären verarbeitet werden kann, sondern bloß unbrauchbaren Abfall darstellt .

AUFGABE DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein

verbessertes Blähverfahren, das die oben genannten Nachteile vermeidet und insbesondere das Blähen von Feinmaterial zulässt, zur Verfügung zu stellen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des verbesserten Verfahrens.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Kern der Erfindung ist es, die Förderung des sandkornförmigen Materials durch den Ofenschacht mittels einer Luftströmung vorzunehmen, indem das Material gemeinsam mit einer Luftmenge in den Ofenschacht aufgegeben wird. Um zu verhindern, dass entstehende Auftriebskräfte dazu führen, dass die Verweilzeit unkontrolliert groß wird, geschieht die Förderung mittels der Luft bzw. Luftströmung von unten nach oben, also gegen die Schwerkraft. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Blähen erst in der oberen Hälfte, vorzugsweise erst im obersten Drittel des Ofenschachts bzw. einer Förderstrecke durch den Ofenschacht erfolgt. Dies wiederum ermöglicht es, ein Anbacken der heißen Sandkörner an einer Innenwand des Ofenschachts zu vermeiden. Da somit die Verweilzeit der bereits geblähten Sandkörner entsprechend klein gehalten werden kann, kann nicht nur das Anbacken an der Innenwand des Ofenschachts, sondern auch ein Verkleben der geblähten Sandkörner aneinander gezielt minimiert oder verhindert werden, wenn dieses Verkleben vermieden werden soll. Insgesamt kann somit Feinmaterial mit Durchmessern von kleiner 100 pm, das bei der Aufbereitung bislang lediglich Abfall darstellte, zu einem wertvollen Endprodukt in Form von geblähten

Mikrosphären verarbeitet werden.

Daher ist es bei einem Verfahren zur Herstellung eines

geblähten Granulats aus sandkornförmigem, mineralischem

Material mit einem Treibmittel, beispielsweise eines geblähten Granulats aus Perlit- oder Obsidiansand; wobei das Material in einen im Wesentlichen senkrecht stehenden Ofen aufgegeben wird; wobei das Material in einem Ofenschacht des Ofens entlang einer Förderstrecke durch mehrere, vertikal

voneinander getrennt angeordnete Heizzonen gefördert wird, wobei jede Heizzone mit zumindest einem unabhängig steuerbaren Heizelement beheizt werden kann; wobei das Material dabei auf eine kritische Temperatur erhitzt wird, bei welcher die

Oberflächen der Sandkörner plastisch werden und die Sandkörner aufgrund des Treibmittels gebläht werden; wobei das geblähte Material aus dem Ofen ausgetragen wird, erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Aufgeben des Materials gemeinsam mit einer Luftmenge von unten erfolgt, wobei das Material mittels der im Ofenschacht von unten nach oben strömenden, eine

Luftströmung ausbildenden Luftmenge von unten nach oben entlang der Förderstrecke gefördert wird und wobei das Blähen der Sandkörner in der oberen Hälfte, vorzugsweise im obersten Drittel der Förderstrecke erfolgt. D.h. insbesondere, dass das Material dem Luftstrom in einer Förderrichtung bzw. in einer Richtung der Luftströmung im Ofenschacht gesehen vor dem ersten Heizelement beigemengt wird. Das Austragen erfolgt vorzugsweise am oberen Ende des Ofenschachts.

Analog ist es bei einer Vorrichtung zur Herstellung eines geblähten Granulats aus einem sandkornförmigen Material, umfassend einen im Wesentlichen senkrecht stehenden Ofen mit einem Ofenschacht, der ein oberes Ende und ein unteres Ende aufweist, wobei zwischen den beiden Enden eine Förderstrecke verläuft, welche durch mehrere, vertikal voneinander getrennt angeordnete Heizzonen führt, wobei die Heizzonen jeweils zumindest ein voneinander unabhängig steuerbares Heizelement aufweisen, um das Material auf eine kritische Temperatur zu erhitzen und die Sandkörner zu blähen, erfindungsgemäß

vorgesehen, dass mindestens ein Zuführmittel vorgesehen ist, um das ungeblähte Material gemeinsam mit einer Luftmenge am unteren Ende des Ofenschachts in Richtung oberes Ende des Ofenschachts so in den Ofenschacht einzublasen, dass die

Luftmenge eine von unten nach oben strömende Luftströmung ausbildet, mittels welcher das Material von unten nach oben entlang der Förderstrecke gefördert wird, um in der oberen Hälfte, vorzugsweise im obersten Drittel der Förderstrecke gebläht zu werden. Denkbar wäre es z.B. die Luftmenge mittels einer Düse in den Ofenschacht zu blasen und das Material separat, z.B. mittels eines Rohransatzes der aus der Düse austretenden Luftströmung, vorzugsweise am Ort der höchsten Luftgeschwindigkeit zuzuführen. Dabei kann das Material dosiert zugeführt werden, wobei zur Dosierung sowohl eine volumetrische als auch eine gravitäre Aufgabe des Materials in Frage kommt .

Aufgrund der Erkenntnis, dass es sich bei dem Blähvorgang um einen isenthalpen Prozess handelt, der mit einem

Temperatursturz einhergeht, kann letzterer gezielt detektiert werden. Dies kann wiederum dazu benutzt werden, eine

Temperaturbehandlung der geblähten Sandkörner nach dem

eigentlichen Blähvorgang festzulegen, um die

Oberflächeneigenschaften der geblähten Sandkörner zu

beeinflussen. Z.B. kann ein neuerliches Aufheizen über die kritische Temperatur verhindert werden, um ein Aufreißen der Oberfläche zu unterbinden. Oder es kann ein solcher erneuter Temperaturanstieg bewusst eingeleitet werden, wenn ein Aufreißen der Oberfläche der Sandkörner bewusst in Kauf genommen oder sogar erzielt werden soll. Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Verfahrens vorgesehen, dass bei Detektion einer ersten

Verringerung der Temperatur des Materials zwischen zwei aufeinander folgenden Positionen entlang der Förderstrecke die Heizelemente entlang der verbleibenden Förderstrecke in

Abhängigkeit von der kritischen Temperatur geregelt werden, um eine Zunahme der Materialtemperatur entlang der verbleibenden Förderstrecke auf oder über die kritische Temperatur zu verhindern oder gezielt zu ermöglichen.

Analog ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass

Materialtemperaturmessmittel zur direkten und/oder indirekten Messung der Temperatur und/oder der Temperaturänderung des

Materials vorgesehen sind sowie eine Regel- und Steuereinheit, die mit den Materialtemperaturmessmitteln und mit den

Heizelementen der Heizzonen verbunden ist, um eine erste

Verringerung der Temperatur des Materials, bevorzugt von mindestens 20°C, zwischen zwei aufeinander folgenden

Positionen entlang der Förderstrecke zu detektieren, und dass die Heizelemente durch die Regel- und Steuereinheit in

Abhängigkeit von der kritischen Temperatur regelbar sind, um eine Zunahme der Materialtemperatur entlang der verbleibenden Förderstrecke auf oder über die kritische Temperatur zu verhindern oder gezielt zu ermöglichen.

Als Materialtemperaturmessmittel kommen beispielsweise

Temperatursensoren in Frage, welche entlang der Förderstrecke angeordnet sind und in Kontakt mit dem Material kommen können oder nur für die Bestimmung der Temperatur im Ofenschacht in den jeweiligen Heizzonen vorgesehen sind, ohne mit dem

Material in direkten Kontakt zu kommen. Weiters lässt sich die Materialtemperatur und insbesondere die Materialtemperaturänderung indirekt besonders einfach

bestimmen, indem als Materialtemperaturmessmittel Messgeräte zur Bestimmung der Leistungsaufnahme der Heizelemente

vorgesehen sind. Bei elektrisch betriebenen Heizelementen können diese Messgeräte im Wesentlichen auf solche zur Messung der Stromaufnahme beschränkt werden, wobei von einer bekannten Versorgungsspannung ausgegangen wird.

Die Temperaturänderung des Materials wird durch die Bestimmung der Änderung des Wärmeflusses von den Heizelementen zum

Material ermöglicht, welcher von der Temperaturdifferenz zwischen den Heizelementen und dem Material abhängt. Während des Aufheizens des Materials verringert sich die

Temperaturdifferenz zwischen Heizelementen und Material sukzessive. Entsprechend verringert sich der Wärmefluss, d.h. die festgestellte Änderung des Wärmeflusses von einer Heizzone zur nächsten ist zunächst eine Abnahme. Entsprechend nimmt die Leistungsaufnahme der Heizelemente entlang der Förderstrecke zunächst ab. Unmittelbar nach dem Blähvorgang und dem damit einhergehenden Temperatursturz ist die Temperaturdifferenz zwischen Material und Heizelementen deutlich größer als unmittelbar vor dem Blähvorgang. Entsprechend nimmt auch der Wärmefluss zu, d.h. die festgestellte Änderung des

Wärmeflusses bzw. der Leistungsaufnahme der Heizelemente von einer Heizzone zur nächsten ist nun eine Zunahme. Diese detektierte Zunahme des Wärmeflusses bzw. der

Leistungsaufnahme der Heizelemente eignet sich daher, um den Temperatursturz und dessen Bereich im Ofenschacht

festzustellen. Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die

Temperaturänderung des Materials entlang der Förderstrecke indirekt durch Bestimmung einer Leistungsaufnahme der

Heizelemente gemessen wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die

Ergebnisse von Temperaturmessungen mit den Ergebnissen der Bestimmung der Leistungsaufnahme der Heizelemente verglichen bzw. in Relation gesetzt und so der Ort des Blähens

detektiert, um die Genauigkeit dieser Detektion zu erhöhen. Dabei können die Temperaturmessungen mittels

Temperatursensoren durchgeführt werden, wobei jedoch keine direkte Temperaturmessung des Materials erfolgen muss.

Das sehr feine staubförmige bzw. sandkornförmige, zu blähende Material wird vorzugsweise aufbereitet, bevor es dem

Blähprozess zugeführt wird, da bei der Förderung des Materials Agglomerationen normalerweise nicht zu vermeiden sind. Solche Agglomerationen werden durch Feuchtigkeit des Materials begünstigt. Wenn entsprechende Agglomerate gebläht würden, würde man Agglomerate aus geblähten Sandkörnern erhalten, was jedoch in der Regel nicht gewünscht ist. Stattdessen soll es sich beim Endprodukt im Normalfall um einzelne Mikrosphären handeln. Daher ist üblicherweise ein Trocknungsprozess bei der Aufbereitung des Materials vorzusehen. Doch selbst im trockenen Zustand ist die Förderung von

staubförmigem Material praktisch kaum ohne Agglomerationen möglich. Beispielsweise bilden sich auch bei der Förderung von trockenem staubförmigem Material mittels Vibrationsrinnen unerwünschte Agglomerate. Daher ist es erfindungsgemäß

vorgesehen, das Material vor dem Blähprozess zu dispergieren, um das Blähen von Agglomeraten zu vermeiden. Entsprechend ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das Material in der Luftmenge dispergiert wird, vorzugsweise bevor das Material in den

Ofenschacht eintritt.

Das Dispergieren kann dabei auf unterschiedliche Arten

erfolgen. Beispielsweise wäre es denkbar, das Material in der Luftmenge Ultraschall auszusetzen, um das Material zu dispergieren .

Eine besonders einfache und elegante Methode besteht darin, für das Dispergieren die Luftmenge selbst zu benutzen. Dabei muss für ein gutes Dispergierergebnis lediglich sichergestellt werden, dass die Luftmenge mit einer hinreichend großen

Geschwindigkeit strömt, weshalb vorzugsweise die Verwendung von Druckluft vorgesehen ist, die gleichzeitig die Luftmenge ausbildet. Ein besonders kompakter Aufbau lässt sich

realisieren, wenn die Druckluft und das Material durch eine Feststoff/Luft-Düse geführt werden. Entsprechend ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Verfahrens vorgesehen, dass das Dispergieren mittels Druckluft in einer Feststoff/Luft-Düse, vorzugsweise mit einem

nachgeschalteten, an den Ofenschacht anschließenden Diffusor, erfolgt .

Analog ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass das mindestens eine Zuführmittel eine Feststoff/Luft-Düse umfasst, welcher Druckluft und das ungeblähte Material zuführbar sind, um das Material in der Luftmenge zu dispergieren. D.h. die Luftmenge wird letztlich mittels der Düse zur Verfügung gestellt und in den Ofenschacht eingeblasen. Weiters ist es bei einer

besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die Vorrichtung weiters einen

Diffusor umfasst, der der Feststoff/Luft-Düse nachgeschaltet ist und an das untere Ende des Ofenschachts anschließt. Um dabei ein besonders gutes Dispergierergebnis zu erzielen und einen optimalen Übergang des dispergierten Materials in den Ofenschacht zu ermöglichen, ist es bei einer besonders

bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass der Diffusor mit einem radialen lichten

Endquerschnitt an das untere Ende des Ofenschachts anschließt, der gleich einem radialen lichten Eintrittsquerschnitt des Ofenschachts an dessen unterem Ende ist.

Durch die Luftströmung kann sichergestellt werden, dass kein geblähtes Material im Ofenschacht zurückbleibt. Hierfür genügt es in der Regel, die Luftmenge unter Berücksichtigung des Ofenschachtquerschnitts so zu bemessen, dass sichergestellt ist, dass der im Luftstrom dispergierte, noch nicht geblähte Sand gerade nicht gegen die Luftströmung instabil zurückfällt. Entsprechend ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Luftmenge so bemessen und aufgegeben wird, dass das aufgegebene Material im Ofenschacht nicht gegen die Luftströmung nach unten fällt.

Die Erwärmung der Luft und der Sandkörner im Ofenschacht sowie die Blähung der Sandkörner zu Mikrosphären bewirken, dass letztere nicht im Ofenschacht zurückbleiben, sondern mit der Luft gemeinsam aus dem Ofenschacht ausgetragen werden. Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das Austragen des geblähten Materials gemeinsam mit im Ofenschacht erhitzter Luft in einem Gas-Material-Strom erfolgt. Das Vorliegen eines Gas-Material-Stroms bedeutet nicht, dass die Luft gleich schnell wie das Material strömen muss. In der Regel strömt die Luft schneller, sodass eine Relativgeschwindigkeit zwischen Gas und Material vorhanden ist, wobei diese

Relativgeschwindigkeit entlang der Förderstrecke üblicherweise abnimmt, d.h. weiter unten im Ofenschacht ist die

Relativgeschwindigkeit üblicherweise größer als weiter oben.

Um das erfindungsgemäße Verfahren weiter zu verbessern, kann bei der geschilderten Bemessung der Luftmenge außerdem eine Grenzschichtströmung, die sich unvermeidlich von selbst in einem Bereich nahe einer Innenwand des Ofenschachts mit einer gewissen radialen Ausdehnung ausbildet, berücksichtigt werden. Entsprechend ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Luftmenge so bemessen und aufgegeben wird, dass an einem oberen Ende des Ofenschachtes eine mittlere Geschwindigkeit der Luftströmung in einem Bereich von 50% bis 95% einer maximalen

Geschwindigkeit einer Grenzschichtströmung liegt, wobei die Grenzschichtströmung durch die Luftströmung im Bereich einer den Ofenschacht radial begrenzenden Innenwand gebildet wird und eine gegenüber der restlichen Luftströmung erhöhte

Konzentration an Material aufweist und wobei sich die mittlere Geschwindigkeit der Luftströmung durch Mittelung der

Geschwindigkeit der Luftströmung radial von einem radialen Zentrum des Ofenschachts bis zur Innenwand ergibt. Durch diese Auslegung der Luftmenge bzw. Luftströmung kann ein Anbacken der Sandkörner an der Innenwand praktisch vollständig

ausgeschlossen werden. Ein weiterer Vorteil dieser Auslegung der Luftmenge bzw. Luftströmung besteht in der sich ergebenden optimalen Verweilzeit des Materials im Ofenschacht, die ein zu frühes Blähen und die Gefahr eines Überblähens vermeidet. Ggf. kann durch eine geringfügige Erhöhung der Luftmenge das Blähen in Richtung Ofenschachtende, d.h. nach oben, verlagert werden, um die Gefahr des Überblähens weiter zu minimieren.

Es sei bemerkt, dass der Ofenschacht nicht unbedingt

drehsymmetrisch geformt sein muss und dennoch ein radiales Zentrum aufweisen kann, das ein Zentrum des lichten

Querschnitts des Ofenschachts quer, vorzugsweise normal zur

Förderrichtung ist. Die radial begrenzende Innenwand umrandet diesen lichten Querschnitt.

Um die Weiterverarbeitung bzw. Handhabung des geblähten

Materials zu erleichtern, ist es bei einer bevorzugten

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass dem Gas-Material-Strom Kühlluft beigemengt wird, um das geblähte Material zu kühlen. Dies vereinfacht z.B. das

problemlose Abscheiden des geblähten Materials in einem Filter und/oder die gefahrlose Lagerung des geblähten Materials in einem Vorratsbehälter.

Analog ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass mindestens ein Kühlluft zuführmittel vorgesehen ist, um einem am oberen Ende aus dem Ofenschacht entweichenden Gas-Material-Strom Kühlluft zur Kühlung des geblähten Materials zuzuführen. Das mindestens eine Kühlluft zuführmittel umfasst dabei typischerweise eine Zuleitung für die Kühlluft und eine Düse, in welcher die

Zuleitung mündet und mit welcher die Kühlluft in den Gas- Material-Strom eingeblasen wird.

Um das geblähte Material bzw. die Mikrosphären aus

weiterverarbeiten, insbesondere abpacken und/oder lagern zu können, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das geblähte Material aus dem Gas-Material-Strom mittels eines Filters abgeschieden wird.

Analog ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass ein Filter vorgesehen ist, um das geblähte Material aus einem am oberen Ende aus dem Ofenschacht entweichenden Gas-Material-Strom abzuscheiden .

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, das Abscheiden mittels des Filters erfolgt, nachdem das geblähte Material auf eine Verarbeitungstemperatur abgekühlt worden ist, wobei die Verarbeitungstemperatur vorzugsweise kleiner gleich 100°C ist. Dies erlaubt einen kostengünstigen Aufbau des Filters, da die Anforderungen an die Materialien des Filters hinsichtlich Hitzebeständigkeit heruntergesetzt werden können.

Analog ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass das mindestens eine Kühlluftzuführmittel dem Filter vorgeschaltet ist .

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass nach dem Austragen die Größe und/oder Dichte der geblähten Sandkörner bestimmt wird. Dies ermöglicht es, Prozessparameter - beispielsweise die Temperatur, auf die geheizt wird, oder die aufgegebene Menge an Material und Luft oder die mittlere Geschwindigkeit der Luftströmung im Ofenschacht - in Abhängigkeit des Ergebnisses der Messung von Größe und Dichte des geblähten Materials festzulegen und/oder zu adaptieren. Auf diese Weise kann eine, insbesondere automatische Regelung erfolgen, um die gewünschte Qualität der produzierten Mikrosphären sicherzustellen.

Analog ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass Mittel zur Bestimmung der Größe und/oder der Dichte der geblähten

Sandkörner vorgesehen sind. Entsprechende Sensoren, z.B. zur optischen Bestimmung von Größe und Dichte sind grundsätzlich am Markt verfügbar. Insbesondere kann auf diese Weise die gewünschte Größe der erzeugten Mikrosphären sichergestellt werden, wobei als

Mikrosphären typischerweise geblähte Sandkörner mit einem Durchmesser kleiner gleich 150 pm verstanden werden.

Entsprechend ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die geblähten

Sandkörner einen mittleren Durchmesser kleiner gleich 150 pm, bevorzugt kleiner gleich 100 pm, besonders bevorzugt kleiner gleich 75 pm aufweisen.

Es sei bemerkt, dass zur Regelung bzw. Einstellung der

Prozessparameter auch noch weitere Kontrollmessungen

zusätzlich oder alternativ durchgeführt werden können. Z.B. kann mit optischen Sensoren eine automatisierte optische

Inspektion der Oberflächenqualität der erzeugten Mikrosphären durchgeführt werden, bei welcher festgestellt wird, ob diese offen oder geschlossen sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls

einengen oder gar abschließend wiedergeben.

Dabei zeigt : Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung in einem Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens

Fig. 2 ein Diagramm einer Geschwindigkeitsverteilung einer

Luftströmung in einem Ofenschacht gemäß der

Schnittlinie A-A in Fig. 1

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit welcher ein

erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von geblähten

Mikrosphären 29 bzw. von geblähtem Granulat 29 durchgeführt werden kann. Ausgangsmaterial für die geblähten Mikrosphären 29 ist ein sandförmiges bzw. staubförmiges Material mit einem Treibmittel. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist Perlitsand 1 als Material angenommen, wobei in Perlit Wasser gebunden ist, das beim Blähprozess als Treibmittel fungiert.

Zur Durchführung des Blähprozesses umfasst die

erfindungsgemäße Vorrichtung einen Ofen 2 mit einem

Ofenschacht 3, der sich senkrecht von einem unteren Ende 19 zu einem oberen Ende 18 von unten nach oben erstreckt. Zwischen den Enden 19, 18 verläuft eine Förderstrecke 4, die in Fig. 1 durch eine strichlierte Linie angedeutet ist. Diese Linie markiert gleichzeitig ein radiales Zentrum 17 des Ofenschachts 3. Im Ofen 2 sind mehrere übereinander bzw. in einer

Förderrichtung 32 gesehen nacheinander angeordnete Heizzonen 5 vorgesehen, durch die die Förderstrecke 4 führt. Jede Heizzone

5 ist mit mindestens einem unabhängig steuerbaren Heizelement

6 versehen, bei welchem es sich z.B. um ein elektrisches

Heizelement 6 handeln kann. Mittels der Heizelemente 6 kann der Perlitsand 1 im Ofen 2 bzw. Ofenschacht 3 auf eine

kritische Temperatur gebracht werden, bei welcher die

Oberflächen der PerlitSandkörner 1 plastisch werden und die PerlitSandkörner 1 aufgrund des Treibmittels - hier

Wasserdampf - gebläht werden.

Erfindungsgemäß wird der Perlitsand 1 gemeinsam mit einer Luftmenge am unteren Ende 19 in den Ofen 2 bzw. Ofenschacht 3 aufgegeben und in Richtung oberes Ende 18, also von unten nach oben, geblasen. Für dieses Einblasen ist eine Feststoff/Luft- Düse 10 vorgesehen. Dieser wird einerseits der Perlitsand 1, der in einem Feinsandbehälter 7 aufbewahrt ist, über eine Dosierschnecke 8 zugeführt. Andererseits wird der

Feststoff/Luft-Düse 10 Druckluft 30 zugeführt. Die

Feststoff/Luft-Düse 10 stellt sicher, dass sich eine von unten nach oben strömende Luftströmung 14 ausbildet, mittels welcher der Perlitsand 1 von unten nach oben entlang der Förderstrecke 4 in Förderrichtung 32 gefördert wird. Durch die Förderung von unten nach oben wird verhindert, dass entstehende

Auftriebskräfte dazu führen, dass die Verweilzeit des

Perlitsands 1 bzw. des geblähten Granulats 29 im Ofenschacht 3 unkontrolliert groß wird. Gleichzeitig kann sichergestellt werden, dass das Blähen erst in der oberen Hälfte,

vorzugsweise im obersten Drittel des Ofenschachts 3 bzw. der Förderstrecke 4 erfolgt, wodurch ein Anbacken des Perlitsands 1 bzw. des geblähten Granulats 29 an einer Innenwand 16 des Ofenschachts 3 vermieden werden kann sowie ein Verkleben einzelner Körner des Perlitsands 1 bzw. des geblähten

Granulats 29 untereinander. Typischerweise hat der Perlitsand 1 unmittelbar vor seiner Blähung ca. 780°C. Da es sich bei dem Blähvorgang, bei dem sich die PerlitSandkörner 1 ausdehnen, um einen isenthalpen Prozess handelt, kühlt der Perlitsand 1 beim Blähen ab, typischerweise auf ca. 590°C, was auch als Temperatursturz bezeichnet wird. Je nach Material beträgt der Temperatursturz mindestens 20°C, vorzugsweise mindestens 100°C. Eine Detektion des Temperatursturzes bzw. die Detektion der Position, an welcher der Temperatursturz im Ofenschacht 3 auftritt, ermöglicht es, die Heizelemente 6 entlang der verbleibenden Förderstrecke 4 gezielt regeln zu können, um insbesondere die Oberflächenstruktur bzw. Oberflächeneigenschaften des

geblähten Granulats 29 zu beeinflussen.

Entsprechend ist entlang der Förderstrecke 4 eine Vielzahl von Positionen 9 für eine Temperaturmessung vorgesehen, um die Position des Temperatursturzes bestimmen zu können. Dabei findet im vorliegenden Ausführungsbeispiel keine absolute Temperaturmessung statt, sondern es wird die Leistungsaufnahme der Heizelemente 6 bestimmt bzw. wird bestimmt, wie sich diese Leistungsaufnahme entlang der Förderstrecke 4 ändert.

Unmittelbar nach dem Blähvorgang und dem damit einhergehenden Temperatursturz ist die Temperaturdifferenz zwischen dem geblähten Granulat 29 und den Heizelementen 6 deutlich größer als zwischen dem Perlitsand 1 und den Heizelementen 6

unmittelbar vor dem Blähvorgang. Entsprechend nimmt auch der Wärmefluss zu. D.h. die festgestellte Änderung des

Wärmeflusses bzw. der Leistungsaufnahme der Heizelemente 6 von einer Heizzone 5 zur nächsten ist eine Zunahme, wohingegen sich aufgrund der sukzessiven Erwärmung des Perlitsands 1 vor dem Blähvorgang die Änderung der Leistungsaufnahme entlang der Förderstrecke 4 eine Abnahmen ist.

Zur Regelung, insbesondere zur Regelung entlang der nach dem Temperatursturz verbleibenden Förderstrecke 4 sind die

Heizelemente 6 mit einer Regel- und Steuereinheit (nicht dargestellt) verbunden, sodass eine Zunahme der

Materialtemperatur entlang der verbleibenden Förderstrecke 4 auf oder über die kritische Temperatur gezielt verhindert oder ermöglicht werden kann. Die derart erzeugten Mikrosphären 29 haben einen Durchmesser kleiner gleich 150 pm. Um im Endprodukt tatsächlich einzelne Mikrosphären 29 zu erhalten und keine zu großen Partikel in Form von Agglomeraten von Mikrosphären 29, muss verhindert werden, dass der im Ofenschacht befindliche Perlitsand 1

Agglomerate bildet, die dann zu entsprechenden Agglomeraten von Mikrosphären 29 gebläht werden. Eine Agglomeration des Perlitsands 1 wird durch Feuchtigkeit begünstigt. Daher wird der Perlitsand 1 aufbereitet, bevor er in den Feinsandbehälter 7 gelangt, wobei die Aufbereitung einen Trocknungsprozess beinhaltet. Da jedoch selbst im trockenen Zustand eine

Förderung des feinstaubigen Perlitsands 1 kaum ohne Bildung von Agglomeraten möglich ist, wird der Perlitsand 1 in der Luftmenge, mit der er in den Ofenschacht 3 aufgegeben wird, dispergiert . Das Dispergieren geschieht im gezeigten Ausführungsbeispiel mittels der Feststoff/Luft-Düse 10. Zusätzlich ist ein

Diffusor 11 vorgesehen, der einerseits an die Feststoff/Luft- Düse 10 anschließt und andererseits an das untere Ende 19 des Ofenschachts 3. Der Diffusor 11 weist einen lichten radialen Querschnitt auf, der sich in Förderrichtung 32 gesehen zu einem radialen Endquerschnitt 22 erweitert. Der radiale

Endquerschnitt 22 ist dabei gleich groß wie ein radialer

Eintrittsquerschnitt 23 des Ofenschachts 3 am unteren Ende 19, was einen optimalen Übergang des dispergierten Perlitsands 1 vom Diffusor 11 in den Ofenschacht 3 ermöglicht.

Nach dem Blähvorgang wird das geblähte Granulat 29 gemeinsam mit der im Ofenschacht 3 erwärmten Luft am oberen Ende 18 des Ofenschachts 3 nach Passieren eines Endabschnitts 24 des

Ofenschachts 3 ausgetragen. D.h. die Mikrosphären 29 liegen in einem Gas-Material-Strom 12 vor.

Über eine Zuleitung 25 wird dem Gas-Material-Strom 12, nachdem dieser aus dem Ofenschacht 3 ausgetreten ist, Kühlluft

beigemengt. Hierdurch wird das geblähte Granulat 29 abgekühlt, vorzugsweise auf eine Verarbeitungstemperatur kleiner gleich 100°C, was die weitere Handhabung des geblähten Granulats 29, insbesondere bei dessen Weiterverarbeitung erleichtert.

Der Gas-Material-Strom 12 wird einer

Partikelgrößenmesseinrichtung 20 zugeführt, um die Größe der Mikrosphären 29 zu bestimmen.

Anschließend wird der Gas-Material-Strom 12 einem Filter 13 zugeführt, um das geblähte Granulat 29 aus dem Gas-Material- Strom 12 abzuscheiden. Eine durch den Filter 13 gereinigte Abluft 28 wird über ein dem Filter 13 nachgeschaltetes Gebläse 27 an die Atmosphäre abgegeben.

Das abgeschiedene geblähte Granulat 29 hingegen wird über eine dem Filter 13 nachgeschaltete Zellradschleuse 26 zunächst einer Dichtemesseinrichtung 21 zugeführt, in welcher die

Dichte des geblähten Granulats 29 bestimmt wird, bevor es in einen Silo 31 geleitet wird.

Sowohl als Partikelgrößenmesseinrichtung 20 als auch als

Dichtemesseinrichtung 21 können an sich bekannte Einrichtungen verwendet werden, welche beispielsweise auf Basis von

optischen Sensoren arbeiten. Die Bestimmung der Partikelgröße und der Dichte des geblähten Granulats 29 erlaubt es, Prozessparameter wie z.B. die

Temperatur bzw. Temperaturverteilung im Ofenschacht 3 bzw. entlang der Förderstrecke 4 oder die aufgegebene Menge

Perlitsand 1 oder die aufgegebene Menge Luft einzustellen, in Abhängigkeit von den Messergebnissen der Messeinrichtungen 20, 21. Insbesondere kann somit eine automatische Regelung

erfolgen, um die gewünschte Qualität, insbesondere die

gewünschte Größe und Dichte der Mikrosphären 29 einzustellen. Beispielsweise kann die Regel- und Steuereinheit (nicht dargestellt) dafür vorgesehen werden, die Messergebnisse der Messeinrichtungen 20, 21 zu verarbeiten und die

Prozessparameter entsprechend zu regeln.

Zu den Prozessparametern ist auch die Geschwindigkeit v der Luftströmung 14 im Ofenschacht 3 zu zählen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass sich in einem Bereich nahe der Innenwand 16 eine Grenzschichtströmung 15 der Luftströmung 14 ausbildet, welche Grenzschichtströmung 15 eine gewisse radiale Ausdehnung aufweist. Die Grenzschichtströmung 15 zeichnet sich dabei dadurch aus, dass in dieser eine gegenüber der restlichen

Luftströmung 14 erhöhte Konzentration von Perlitsand 1 bzw. Mikrosphären 29 vorliegt.

Fig. 2 illustriert die Strömungsverhältnisse entlang eines radialen Schnitts durch den Ofenschacht 3 gemäß der

Schnittlinie A-A in Fig. 1. Es ist erkennbar, dass die

Geschwindigkeit v in der Grenzschichtströmung 15 von der

Innenwand 16 in Richtung zum radialen Zentrum 17 hin zunächst deutlich zunimmt bis zu einer maximalen Geschwindigkeit v _b , _max der Grenzschichtströmung 15 (in Fig. 2 durch den

strichpunktierten Pfeil gekennzeichnet) . Weiter zum radialen Zentrum 17 hin nimmt die Geschwindigkeit v nicht oder, wie in Fig. 2 dargestellt, nur mehr geringfügig zu. Mittelt man die Geschwindigkeit v vom radialen Zentrum 17 bis zur Innenwand 16, so ergibt sich eine mittlere Geschwindigkeit v _a , die in Fig. 2 durch einen dicken Pfeil symbolisiert ist. In aufwendigen Versuchen hat sich gezeigt, dass ein Anbacken des Perlitsands 1 bzw. der Mikrosphären 29 an der Innenwand 16 praktisch vollständig ausgeschlossen werden kann, wenn die Luftströmung 14 so ausgelegt bzw. eingestellt ist, dass am oberen Ende 18 des Ofenschachts 3 die mittlere Geschwindigkeit v _a in einem Bereich von 50% bis 95% von v _b , _max liegt. Im

dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt v _a ca. 90% von v _b , _max .

Die Luftströmung 14 kann dabei durch geeignete Wahl bzw.

Auslegung der Feststoff/Luft-Düse 10 und/oder durch Wahl eines geeigneten Drucks der Druckluft 30 eingestellt werden.

Letzteres kann grundsätzlich ebenfalls mittels der Regel- und Steuereinheit (nicht dargestellt) automatisiert erfolgen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Perlitsand

2 Ofen

3 Ofenschacht

4 Förderstrecke

5 Heizzone

6 Heizelement

7 Feinsandbehälter

8 Dosierschnecke

9 Position für Temperaturmessung

10 Feststoff/Luft-Düse

11 Diffusor

12 Gas-Material-Strom

13 Filter

14 Luftströmung

15 Grenzschichtströmung

16 Innenwand

17 Radiales Zentrum des Ofenschachts

18 Oberes Ende des Ofenschachts 19 Unteres Ende des Ofenschachts

20 Partikelgrößenmesseinrichtung

21 Dichtemesseinrichtung 22 Radialer Endquerschnitt des Diffusors

23 Radialer Eintrittsquerschnitt des Ofenschachts an dessen unterem Ende

24 Endabschnitt des Ofenschachts

25 Zuleitung für Kühlluft

26 Zellradschleuse

27 Gebläse

28 Gereinigte Abluft

29 Geblähtes Granulat / Mikrosphären

30 Druckluft

31 Silo

32 Förderrichtung v Geschwindigkeit der Luftströmung v _a Mittlere Geschwindigkeit der Luftströmung

V ,max Maximale Geschwindigkeit der Grenzschichtströmung