Производствено оборудване и технология за прецизен контрол на непрекъснати базалтови влакна

1. Основно производствено оборудване за непрекъснато Базалтови влакна 
Непрекъснато базалтови влакна Производството използва „едноетапен процес“, характеризиращ се с опростен работен процес, но с високи технически бариери. В сравнение с производството на въглеродни влакна, непрекъснатото производство на базалтови влакна консумира значително по-малко енергия (по-малко от 1/10 от потреблението на енергия на въглеродните влакна) и не отделя CO₂, SO₂ или други вредни газове, което го прави екологично чист и нисковъглероден метод на производство. Основното термично оборудване за непрекъснато производство на базалтови влакна е пещта, която се категоризира в тигелни пещи и резервоарни пещи.

(1) Тигелна пещ
Тигелната пещ обикновено работи с по една пещ на втулка.
Предимства: Компактен размер, ниска инвестиция, гъвкавост за локализирани корекции на процеса и пригодност за производство на малки партиди или специализирано производство.
Недостатъци: Ниска топлинна ефективност, висока консумация на енергия, непостоянно качество на продукта, ниска производствена ефективност и високи общи разходи.
В момента тигелните пещи доминират в индустрията за непрекъснато производство на базалтови влакна, с годишен производствен капацитет от 100–300 тона. Поради деградацията на електродите и огнеупорните материали, тигелните пещи имат кратък живот от 6–12 месеца. В ранните етапи на развитие на индустрията тигелните пещи са били идеални за дребномащабно производство и изследвания на оборудване.
Видове тигелни пещи:

• Пламъчна тигелна пещ: Загрява се чрез изгаряне на природен газ и въздух.
  Плюсове: Гъвкав контрол на пламъка, възможност за бързо стартиране/спиране.
  Недостатъци: Ниска температура на пламъка, слаба топителна способност, загуба на енергия поради азот (78% от въздуха), генериращ вредни емисии на NOₓ, и неравномерно нагряване, водещо до неравномерна хомогенност на стопилката.
• Изцяло електрическа тигелна пещ: Нагрява се вътрешно чрез плоски или пръчковидни електроди.
  Плюсове: Висока топлинна ефективност, равномерно вътрешно нагряване.
  Недостатъци: Кратък живот поради износване на електродите, изискващ пълна подмяна след повреда.

(2) Резервоарна пещ
С нарастващото търсене на количество и качество на влакната, резервоарните пещи (една пещ с множество втулки) са станали критични за мащабното производство. Те позволяват стриктен контрол на температурата, подобрена хомогенност на стопилката, стабилно качество на продукта и висока ефективност, с годишен капацитет, достигащ хиляди до десетки хиляди тона.
Видове резервоарни пещи:

• Изцяло електрическа резервоарна пещ: Използва пръчковидни електроди (хоризонтално или монтирани отдолу).
  Плюсове: Висока топлинна ефективност и равномерно нагряване.
  Недостатъци: Прегряващи точки на електродите, неравномерно износване и кратък живот (~1 година).
• Пламъчно-резервоарна пещ: Загрява се с природен газ с въздух или чист кислород. Изгарянето с чист кислород е за предпочитане поради ефективност и намалени емисии.
  Плюсове: Дълъг живот (3+ години), енергоспестяващ с чист кислород.
  Недостатъци: Температурните градиенти в дълбоките стопилки, въпреки че плитките стопилки подобряват еднородността.
• Хибридна пламъчно-електрическа резервоарна пещ: Комбинира нагряване с горен пламък и долни/странични електроди.
  Плюсове: Подобрена хомогенизация на стопилката.
  Недостатъци: Сложна конструкция, неравномерно нагряване на повърхността, висока загуба на енергия от водоохлажданите електроди и кратък живот поради износване на електродите.

(3) Втулка
Втулката, обикновено изработена от платинено-родиева сплав, е основен компонент за формоване на влакна. Мащабното производство изисква втулки с голям капацитет. Първоначалните втулки са имали 200 отвора; настоящите стандарти включват 400, 800 и 1200 отвора. Напредъкът в технологията на втулките е в синхрон с развитието на резервоарните пещи.

2. Технология за прецизен контрол 
Базалтовата стопилка показва предизвикателства като високи температури на изтегляне/кристализация, бърза кристализация, тесни температурни прозорци за формоване, неравномерно втвърдяване на влакната, силна омокряемост на втулката и лоша топлопропускливост. Тези фактори причиняват нестабилност по време на изтеглянето на влакната (напр. счупване, отлитане, промяна в диаметъра). Стабилизирането се основава на три аспекта:

• Хомогенност и стабилност на стопилката: Постига се чрез прецизно смесване на суровините, контрол на температурата на пещта, регулиране на нивото на стопилката и управление на налягането.
• Контрол на втулката и температурата: Осигурява равномерно нагряване на втулката и предотвратява кристализацията.
• Оптимизация на процеса на изтегляне: Включва прецизен контрол на скоростта на изтегляне, параметрите на охлаждане и опъването на влакната.

Ключовите технологии включват усъвършенствани системи за контрол на смесването на материалите, температурата на пещта, нивото на стопилката, налягането в камерата, температурата на канала, температурата на втулката и скоростта на изтегляне. Те осигуряват стабилно, висококачествено непрекъснато производство на базалтови влакна.