Dvije glavne tehnologije kontinuirane pripreme bazaltnih vlakana

1. Metoda plamena

Metoda plamena uključuje proizvodni proces u kojem se toplina direktno dovodi na površinu Bazalt topljenje unutar peći za bazalt od vatrostalne cigle. Ova toplina se obično generira plamenovima (kao što su sagorijevanje prirodnog plina i kisika ili vrućeg zraka, ili plazma plamenovima) s vrha peći. Ova primarna metoda zagrijavanja može se dopuniti zagrijavanjem donje elektrode. Cijeli proces obuhvata topljenje, bistrenje i oblikovanje.

Male, samostalne plamene peći, koje su trenutno uobičajene u industriji, koriste samo gornje grijanje sagorijevanjem prirodnog plina i nemaju pomoćne donje elektrode. Međutim, zbog visoke potrošnje energije, visokih troškova proizvodnje i niske isplativosti proizvoda, većina kompanija koje koriste ovu tehnologiju doživljava ozbiljne gubitke i nalaze se na rubu bankrota.

Pravac razvoja metode plamena je rezervoarska peć zagrijana plamenom, koji koristi pristup "kombinacije plina i električne energije" s gornjim sagorijevanjem prirodnog plina i kisika i pomoćnim zagrijavanjem donje elektrode. Ova metoda "kombinacije plina i električne energije" je apsolutno glavna tehnologija za proizvodnju Staklena vlaknas, i ove peći za staklena vlakna rade vrlo zrelo i uspješno, posebno jedinične peći, koje su gotovo postale standard za dizajn peći za izvlačenje staklenih vlakana u rezervoarima. Uloženi su napori da se ova tehnologija prenese na kontinuiranu proizvodnju bazaltnih vlakana, ali uprkos ograničenim ispitivanjima, uspjeh još nije postignut. U protekle dvije godine neki su zauzeli drugačiji pristup, prelazeći sa čistih prirodnih vulkanskih stijena kao sirovina na formulirane sirovine (tj. uključujući veliki udio nevulkanskih stijena). To je dovelo do uspješnog puštanja u rad i rada proizvodnih linija za plameno zagrijavane rezervoarske peći kapaciteta 10.000 tona godišnje i 3.500 tona godišnje.

2. Potpuno električna metoda topljenja

Metoda potpuno električnog topljenja uključuje proizvodni proces u kojem se električna energija direktno dovodi u visokotemperaturnu bazaltnu talinu unutar peći za taljenje bazalta sa vatrostalnom ciglom. To se postiže pomoću elektroda (kao što su grafit, molibden, kalaj dioksid itd.) ili (i) drugih fizičkih metoda (kao što su plazma metode). Ova tehnologija obuhvata topljenje, bistrenje i oblikovanje.

Kineska metoda kontinuiranog električnog topljenja bazaltnih vlakana započela je nacionalnim programom 863 2002. godine, u kojem je završena mala samostalna peć za izvlačenje korištenjem ove metode. Značajni prodori u kontinuiranom... bazaltna vlakna Tehnologija potpuno električnog izvlačenja topljenja postignuta je 2016. godine, završetkom pilot projekta potpuno električne peći za topljenje kapaciteta hiljadu tona godišnje. Ovaj sistem koristi višeredne progresivne elektrode, što omogućava dubinu nivoa rastopljene tečnosti do 1300 mm. Prečnik monofilamenta proizvoda je koncentrisan između 9-22 μm, a ukupna potrošnja energije jedinice je 3,0-3,5 kWh/kg, što pokazuje odlične efekte uštede energije. U 2018. godini, proizvodna linija potpuno električne peći za topljenje kapaciteta 1200 tona godišnje („jedan do osam“, koristeći mlaznice za predenje sa 400 rupa) zvanično je puštena u rad. Radi stabilno više od tri godine, što potvrđuje da vijek trajanja peći može dostići više od tri godine.

Do danas, za čiste prirodne vulkanske stijene, tehnologija kontinuirane proizvodnje bazaltnih vlakana održava se samo na nivou tehnologije peći s rezervoarom kapaciteta hiljadu tona godišnje, i to isključivo za potpuno električnu metodu topljenja.

3. Poređenje dva tehnološka puta

Karakteristike visokih temperatura taljenje bazalta, naime njegova slaba toplotna provodljivost, visoka viskoznost i kratkotrajna svojstva materijala, upravo su ono što proizvodnju kontinuiranih bazaltnih vlakana čini izazovnom.

• Metoda plamena

Metoda plamena, relativno zrela tehnologija uvedena iz bivšeg Sovjetskog Saveza (sada Rusije i Ukrajine) i prilagođena specifičnim uslovima Kine, doživjela je široku upotrebu. Međutim, njen najveći nedostatak u industrijalizaciji su visoki troškovi proizvodnje i niska isplativost, uglavnom zbog inherentnih fizičkih strukturnih nedostataka u samoj metodi.

Niska iskorištenost topline

Kod ove metode, prirodni plin se sagorijeva s vrha peći, pri čemu plamen direktno zagrijava površinu taline bazalta. Preko 60% topline se reflektira od površine taline i odnosi se ispušnim plinovima. S obzirom na to da talina bazalta na visokim temperaturama ima toplinsku provodljivost deset puta nižu od taline stakla na visokim temperaturama, prijenos topline je izuzetno spor. Male, jednodijelne peći mogu održavati dubinu taline samo od oko 15 cm. Dok peći s bazaltnim spremnikom kapaciteta 10.000 tona godišnje, zagrijane plamenom, mogu dostići dubinu taline od 50 cm uz pomoćno zagrijavanje donje elektrode, talina formira strukturu u obliku zdjele unutar peći, što dovodi do velike specifične površine i značajnog odvođenja topline. Gubitak topline kroz izolacijske materijale prelazi 10%. Posljedično, stvarna stopa iskorištenja topline je manja od 30%.

Kvalitet niske tačke topljenja

Zbog plitkog nivoa topljenja kod metode plamena, sekcije za bistrenje i homogenizaciju ne mogu postići temeljitu homogenizaciju, što rezultira nižim kvalitetom topljenja.

Emisije izduvnih gasova

Sagorijevanje prirodnog plina proizvodi ispušne plinove poput sumpornih i dušikovih oksida.

Emisije stakleničkih plinova

Kao fosilno gorivo, sagorijevanje prirodnog plina oslobađa značajne količine CO2, plina staklene bašte.

Visoka investicija u opremu

Rješavanje problema emisija ispušnih plinova nastalih sagorijevanjem prirodnog plina zahtijeva mjere kontrole zagađenja. Nisko iskorištenje topline također zahtijeva mjere za iskorištavanje otpadne topline. Nadalje, sagorijevanje čistog kisika zahtijeva opremu za proizvodnju kisika. Ova tri faktora značajno povećavaju ulaganja u opremu. Jedinična investicija za metodu plamena iznosi približno 11.000-20.000 RMB po toni.

• Metoda potpuno električnog topljenja

U poređenju sa metodom plamena, potpuno električna metoda topljenja nudi značajne prednosti.

Visoka kvaliteta topljenja

Tehnologija potpuno električnog topljenja zasniva se na principu da je talina električno provodljiva u visokotemperaturnom rastopljenom stanju, što omogućava direktan dovod električne energije u talinu za unutrašnje zagrijavanje. Vertikalni raspored elektroda olakšava vertikalno topljenje. Potpuno električne peći za topljenje kapaciteta hiljada tona godišnje mogu postići dubinu taline preko 1,2 metra, što omogućava duži dio za bistrenje i homogenizaciju. Izotermna zona visoke temperature unutar rezervoara je dublja, što dovodi do boljeg kvaliteta topljenja i homogenizacije bazalta.

Energetska efikasnost

Direktno unutrašnje zagrijavanje taline, vertikalno topljenje, dublji rezervoari i prekrivanje površine taline hladnim materijalom doprinose visokim brzinama topljenja i visokoj termičkoj efikasnosti. Prvo, elektrode direktno umetnute u talinu osiguravaju potpuno iskorištavanje Džulove toplote. Drugo, duboki nivo taline, čija se dubina približava unutrašnjem prečniku peći, rezultira manjom, gotovo minimalnom specifičnom površinom taline. Ova geometrijska struktura značajno smanjuje disipaciju toplote u poređenju sa strukturom nalik tanjiru kod metode plamena. Treće, prekrivanje površine taline hladnim materijalom formira "hladni vrh peći", što dodatno smanjuje gubitak toplote.

Nizak ugljični otisak

Potpuno električna tehnologija topljenja eliminira emisije ugljika povezane sa sagorijevanjem prirodnog plina metodom plamena. Emisije ugljika isključivo su određene energetskim miksom električne mreže. Ako se koristi hidroenergija ili drugi obnovljivi izvori energije, može se postići nulta emisija ugljika.

Niža ulaganja

Budući da potpuno električna metoda topljenja ne uključuje sagorijevanje prirodnog plina čistim kisikom, nema potrebe za ulaganjem u opremu za obradu ispušnih plinova ili opremu za proizvodnju kisika. Osim toga, pokrivenost površine taline hladnim materijalom znači da nije potrebno ulaganje u opremu za iskorištavanje otpadne topline. Jedinična investicija za potpuno električnu metodu topljenja je stoga niža.

Prednost u troškovima

Značajne uštede energije i niža amortizacija osnovnih sredstava pretvaraju se u izrazitu prednost u troškovima.