To mainstream kontinuerlige basaltfiberforberedelsesteknologier

1. Flammemetode

Flammemetoden involverer en produktionsproces, hvor varme leveres direkte til overfladen af Basalt smelte i en basaltovn med en ildfast murstensstruktur. Denne varme genereres typisk af flammer (såsom naturgas-ilt eller varmluftforbrænding eller plasmaflammer) fra toppen af ​​ovnen. Denne primære opvarmningsmetode kan suppleres med opvarmning af bundelektroder. Hele processen dækker smeltning, klaring og formning.

Små, fritstående flammeovne, som i øjeblikket er almindelige i branchen, bruger kun naturgasforbrænding ovenfra og mangler hjælpeelektroder i bunden. På grund af deres høje energiforbrug, høje produktionsomkostninger og lave produktomkostningseffektivitet oplever de fleste virksomheder, der bruger denne teknologi, dog alvorlige tab og er på randen af ​​konkurs.

Udviklingsretningen for flammemetoden er flammeopvarmet tankovn, som anvender en "gas-elektrisk kombinationsmetode" med forbrænding af naturgas og ilt ovenfra og opvarmning af den nederste elektrode. Denne "gas-elektriske kombinationsmetode" er den absolutte mainstream-teknologi til fremstilling Glasfibers, og disse glasfiberovne fungerer meget modent og succesfuldt, især enhedsovnene, som næsten er blevet standarden for design af glasfibertankovne. Der er gjort en indsats for at overføre denne teknologi til kontinuerlig basaltfiberfremstilling, men på trods af begrænsede forsøg er der endnu ikke opnået succes. I de sidste to år har nogle valgt en anden tilgang og skiftet fra rene naturlige vulkanske bjergartsråmaterialer til formulerede råmaterialer (dvs. inkorporering af en stor andel ikke-vulkansk bjergart). Dette har ført til vellykket idriftsættelse og drift af produktionslinjer til flammeopvarmede tankovne med en kapacitet på 10.000 tons/år og 3.500 tons/år.

2. Fuldelektrisk smeltemetode

Den fuldt elektriske smeltemetode involverer en produktionsproces, hvor elektrisk energi leveres direkte til den højtemperaturbasaltsmeltede masse i en ildfast murstensstruktureret basaltovn. Dette opnås ved hjælp af elektroder (såsom grafit, molybdæn, tindioxid osv.) eller (og) andre fysiske metoder (såsom plasmametoder). Denne teknologi dækker smeltning, klaring og formning.

Kinas kontinuerlige basaltfiber-fuldelektriske smeltningsmetode begyndte med det nationale 863-program i 2002, som færdiggjorde et lille, uafhængigtstående ovntegningsapparat ved hjælp af denne metode. Betydelige gennembrud inden for kontinuerlig basaltfiber Fuldelektrisk smeltetegningsteknologi blev opnået i 2016 med færdiggørelsen af ​​en pilotskala fuldelektrisk smeltetankovn med en kapacitet på tusind tons/år. Dette system bruger flerrækkede progressive elektroder, der muliggør en smeltevæskedybde på op til 1300 mm. Produktets monofilamentdiameter er koncentreret mellem 9-22 μm, og enhedens samlede strømforbrug er 3,0-3,5 kWh/kg, hvilket viser fremragende energibesparende effekter. I 2018 blev en fuldelektrisk produktionslinje til en smeltetankovn med en kapacitet på 1200 tons/år ("en-til-otte" med 400-hullers spindedyser) officielt taget i brug. Den har kørt stabilt i over tre år, hvilket bekræfter, at ovnens levetid kan nå op på mere end tre år.

Til dato opretholdes kontinuerlig basaltfiberfremstillingsteknologi for rene naturlige vulkanske bjergartsråmaterialer kun på niveau med tusind tons/års tankovnteknologi og udelukkende til den fuldt elektriske smeltemetode.

3. Sammenligning af de to teknologiske ruter

Karakteristika for højtemperatur basaltsmelte, nemlig dens dårlige varmeledningsevne, høje viskositet og korte materialeegenskaber, er netop det, der gør fremstillingen af ​​kontinuerlig basaltfiber udfordrende.

• Flammemetode

Flammemetoden, en relativt moden teknologi introduceret fra det tidligere Sovjetunionen (nu Rusland og Ukraine) og tilpasset Kinas specifikke forhold, har set udbredt anvendelse. Dens største ulempe ved industrialiseringen er dog høje produktionsomkostninger og lav omkostningseffektivitet, hovedsageligt på grund af iboende fysiske strukturelle defekter i selve metoden.

Lav varmeudnyttelse

I denne metode forbrændes naturgas fra ovnens top, hvor flammen opvarmer basaltsmeltens overflade direkte. Over 60 % af varmen reflekteres af smelteoverfladen og føres væk af udstødningsgasser. Da højtemperaturbasaltsmelte har en varmeledningsevne, der er ti gange lavere end højtemperaturglassmelte, er varmeoverførslen ekstremt langsom. Små ovne med én enhed kan kun opretholde en smeltedybde på omkring 15 cm. Mens flammeopvarmede basaltbatchtankovne med en kapacitet på 10.000 tons/år kan nå en smeltedybde på 50 cm med ekstra bundelektrodeopvarmning, danner smelten en skållignende struktur i ovnen, hvilket fører til et stort specifikt overfladeareal og betydelig varmeafledning. Varmetab gennem isoleringsmaterialer overstiger 10 %. Følgelig er den faktiske varmeudnyttelsesgrad mindre end 30 %.

Lav smeltekvalitet

På grund af det lave smelteniveau i flammemetoden kan klarings- og homogeniseringssektionerne ikke opnå en grundig homogenisering, hvilket resulterer i lavere smeltekvalitet.

Udstødningsgasemissioner

Forbrænding af naturgas producerer udstødningsgasser såsom svovl og nitrogenoxider.

Drivhusgasemissioner

Som fossilt brændstof frigiver forbrænding af naturgas betydelige mængder CO2, en drivhusgas.

Høje investeringer i udstyr

Håndtering af udledning af udstødningsgasser fra forbrænding af naturgas nødvendiggør forureningsbekæmpende foranstaltninger. Den lave varmeudnyttelse kræver også foranstaltninger til genvinding af overskudsvarme. Desuden kræver ren iltforbrænding udstyr til generering af ilt. Disse tre faktorer øger investeringen i udstyr betydeligt. Enhedsinvesteringen for flammemetoden er cirka 11.000-20.000 RMB pr. ton.

• Fuldelektrisk smeltemetode

Sammenlignet med flammemetoden tilbyder den fuldt elektriske smeltemetode bemærkelsesværdige fordele.

Høj smeltekvalitet

Den fuldt elektriske smelteteknologi er baseret på princippet om, at smelten er elektrisk ledende i en smeltet tilstand med høj temperatur, hvilket gør det muligt at tilføre elektrisk energi direkte til smelten til intern opvarmning. Den vertikale placering af elektroder muliggør vertikal smeltning. Fuldelektriske smeltetankovne med en produktionskapacitet på tusind tons om året kan opnå en smeltedybde på over 1,2 meter, hvilket giver en længere klaring og homogeniseringssektion. Den isotermiske højtemperaturzone i tanken er dybere, hvilket fører til bedre smelte- og homogeniseringskvalitet for basalt.

Energieffektivitet

Direkte intern opvarmning af smelten, vertikal smeltning, dybere tanke og kold materialedækning på smelteoverfladen bidrager til høje smeltehastigheder og høj termisk effektivitet. For det første sikrer elektroder, der er direkte indsat i smelten, fuld udnyttelse af Joule-varmen. For det andet resulterer det dybe smelteniveau, med en dybde, der nærmer sig ovnens indre diameter, i et mindre, næsten minimalt specifikt overfladeareal for smelten. Denne geometriske struktur reducerer varmeafledningen betydeligt sammenlignet med den skållignende struktur i flammemetoden. For det tredje danner den kolde materialedækning på smelteoverfladen en "kold ovntop", hvilket yderligere reducerer varmetabet.

Lavt CO2-fodaftryk

Den fuldt elektriske smelteteknologi eliminerer de kulstofemissioner, der er forbundet med forbrænding af naturgas i flammemetoden. Dens kulstofemissioner bestemmes udelukkende af elnettets energimix. Hvis der anvendes vandkraft eller andre vedvarende energikilder, kan der opnås nul kulstofemissioner.

Lavere investering

Da den fuldt elektriske smeltemetode ikke involverer ren iltforbrænding af naturgas, er der ikke behov for at investere i udstyr til miljøbehandling af udstødningsgas eller iltgenereringsudstyr. Derudover betyder den kolde materialedækning på smelteoverfladen, at der ikke kræves nogen investering i udstyr til genvinding af overskudsvarme. Enhedsinvesteringen for den fuldt elektriske smeltemetode er derfor lavere.

Omkostningsfordel

Betydelige energibesparelser og lavere afskrivninger på anlægsaktiver resulterer i en klar omkostningsfordel.