Dos tecnologías principales de preparación continua de fibra de basalto

1. Método de la llama

El método de llama implica un proceso de producción en el que el calor se aplica directamente a la superficie de la Basalto La fusión se produce dentro de un horno de basalto con estructura de ladrillo refractario. Este calor se genera generalmente mediante llamas (como la combustión de gas natural y oxígeno, aire caliente o plasma) en la parte superior del horno. Este método de calentamiento principal puede complementarse con calentamiento por electrodo inferior. El proceso completo abarca la fusión, la clarificación y el conformado.

Los pequeños hornos de llama independientes, actualmente predominantes en la industria, solo utilizan calentamiento por combustión de gas natural en la parte superior y carecen de electrodos inferiores auxiliares. Sin embargo, debido a su elevado consumo energético, altos costes de producción y baja rentabilidad, la mayoría de las empresas que utilizan esta tecnología sufren graves pérdidas y están al borde de la quiebra.

La dirección de desarrollo del método de la llama es la horno de tanque calentado por llama, que utiliza un enfoque de "combinación gas-eléctrica" ​​con combustión superior de gas natural y oxígeno y calentamiento auxiliar del electrodo inferior. Este método de "combinación gas-eléctrica" ​​es la tecnología predominante en la fabricación. Fibra de vidrioEstos hornos de fibra de vidrio operan con gran éxito y madurez, especialmente los hornos unitarios, que prácticamente se han convertido en el estándar para el diseño de hornos de estirado de fibra de vidrio. Se han realizado esfuerzos para transferir esta tecnología a la fabricación continua de fibra de basalto, pero, a pesar de las pruebas limitadas, aún no se ha logrado el éxito. En los últimos dos años, algunos han adoptado un enfoque diferente, cambiando las materias primas de roca volcánica natural pura por materias primas formuladas (es decir, incorporando una gran proporción de roca no volcánica). Esto ha permitido la puesta en marcha y el funcionamiento exitosos de líneas de producción de hornos de tanque calentados por llama con capacidades de 10 000 y 3500 toneladas anuales.

2. Método de fusión totalmente eléctrico

El método de fusión totalmente eléctrica consiste en un proceso de producción donde la energía eléctrica se suministra directamente al basalto fundido a alta temperatura dentro de un horno de basalto con estructura de ladrillo refractario. Esto se logra mediante electrodos (como grafito, molibdeno, dióxido de estaño, etc.) u otros métodos físicos (como los de plasma). Esta tecnología abarca la fusión, la clarificación y el conformado.

El método chino de fusión totalmente eléctrica continua de fibras de basalto se inició con el Programa Nacional 863 en 2002, que completó un pequeño horno autónomo de estirado de fibras de basalto utilizando este método. Se han logrado avances significativos en la fusión continua. fibra de basalto La tecnología de estirado por fusión totalmente eléctrica se implementó en 2016 con la finalización de un horno de fusión totalmente eléctrico a escala piloto con una capacidad de mil toneladas anuales. Este sistema utiliza electrodos progresivos de múltiples filas, lo que permite una profundidad de fusión de hasta 1300 mm. El diámetro del monofilamento del producto se concentra entre 9 y 22 μm, y el consumo energético unitario total es de 3,0 a 3,5 kWh/kg, lo que demuestra una excelente eficiencia energética. En 2018, se puso en marcha oficialmente una línea de producción de horno de fusión totalmente eléctrico con una capacidad de 1200 toneladas anuales (con una relación de 1:8 y utilizando hileras de 400 orificios). Ha funcionado de forma estable durante más de tres años, lo que verifica que la vida útil del horno puede superar los tres años.

Hasta la fecha, para materias primas de roca volcánica natural pura, la tecnología de fabricación continua de fibra de basalto se mantiene únicamente al nivel de tecnología de hornos de tanque de miles de toneladas/año, y exclusivamente para el método de fusión totalmente eléctrico.

3. Comparación de las dos rutas tecnológicas

Las características de las altas temperaturas fusión basálticaSu escasa conductividad térmica, su alta viscosidad y sus propiedades materiales limitadas son precisamente lo que dificulta la fabricación de fibra de basalto continua.

• Método de la llama

El método de la llama, una tecnología relativamente madura introducida desde la antigua Unión Soviética (actualmente Rusia y Ucrania) y adaptada a las condiciones específicas de China, se ha utilizado ampliamente. Sin embargo, su mayor inconveniente para la industrialización son los elevados costes de producción y su baja rentabilidad, debido en gran medida a defectos estructurales inherentes al propio método.

Baja utilización de calor

En este método, el gas natural se quema desde la parte superior del horno, y la llama calienta directamente la superficie del basalto fundido. Más del 60 % del calor se refleja en la superficie del fundido y se disipa con los gases de escape. Dado que el basalto fundido a alta temperatura tiene una conductividad térmica diez veces menor que el vidrio fundido a alta temperatura, la transferencia de calor es extremadamente lenta. Los hornos pequeños de una sola unidad solo pueden mantener una profundidad de fusión de unos 15 cm. Si bien los hornos de tanque discontinuo de basalto calentados por llama, con una capacidad de 10 000 toneladas/año, pueden alcanzar una profundidad de fusión de 50 cm con calentamiento auxiliar mediante electrodo inferior, el fundido forma una estructura en forma de plato dentro del horno, lo que genera una gran superficie específica y una disipación de calor significativa. La pérdida de calor a través de los materiales aislantes supera el 10 %. En consecuencia, la tasa real de utilización del calor es inferior al 30 %.

Baja calidad de fusión

Debido al escaso nivel de fusión en el método de llama, las secciones de clarificación y homogeneización no pueden lograr una homogeneización completa, lo que resulta en una menor calidad de fusión.

Emisiones de gases de escape

La combustión del gas natural produce gases de escape como óxidos de azufre y nitrógeno.

Emisiones de gases de efecto invernadero

Como combustible fósil, la combustión del gas natural libera cantidades significativas de CO2, un gas de efecto invernadero.

Alta inversión en equipos

Para abordar las emisiones de gases de escape procedentes de la combustión de gas natural, es necesario implementar medidas de control de la contaminación. El bajo aprovechamiento del calor también exige medidas de recuperación del calor residual. Además, la combustión con oxígeno puro requiere equipos de generación de oxígeno. Estos tres factores incrementan significativamente la inversión en equipos. La inversión unitaria para el método de combustión con llama es de aproximadamente 11 000 a 20 000 RMB por tonelada.

• Método de fusión totalmente eléctrico

En comparación con el método de llama, el método de fusión totalmente eléctrico ofrece ventajas notables.

Alta calidad de fusión

La tecnología de fusión totalmente eléctrica se basa en el principio de que el material fundido es conductor de la electricidad a alta temperatura, lo que permite suministrarle energía eléctrica directamente para su calentamiento interno. La disposición vertical de los electrodos facilita la fusión vertical. Los hornos de fusión totalmente eléctricos con capacidad para miles de toneladas anuales pueden alcanzar una profundidad de fusión superior a 1,2 metros, lo que proporciona una sección de clarificación y homogeneización más extensa. La zona isotérmica de alta temperatura dentro del horno es más profunda, lo que se traduce en una mejor calidad de fusión y homogeneización del basalto.

Eficiencia energética

El calentamiento interno directo del material fundido, la fusión vertical, los tanques más profundos y la cobertura de material frío en la superficie del fundido contribuyen a altas velocidades de fusión y una elevada eficiencia térmica. En primer lugar, los electrodos insertados directamente en el material fundido garantizan el aprovechamiento total del calor Joule. En segundo lugar, la profundidad del fundido, cercana al diámetro interno del horno, resulta en una superficie específica mínima para el material fundido. Esta estructura geométrica reduce significativamente la disipación de calor en comparación con la estructura en forma de plato del método de llama. En tercer lugar, la cobertura de material frío en la superficie del fundido forma una «parte superior fría del horno», lo que reduce aún más la pérdida de calor.

Baja huella de carbono

La tecnología de fusión totalmente eléctrica elimina las emisiones de carbono asociadas a la combustión de gas natural mediante el método de llama. Sus emisiones de carbono dependen exclusivamente de la matriz energética de la red eléctrica. Si se utilizan energía hidroeléctrica u otras fuentes de energía renovables, se pueden alcanzar cero emisiones de carbono.

Menor inversión

Dado que el método de fusión totalmente eléctrico no requiere la combustión de gas natural con oxígeno puro, no es necesario invertir en equipos de tratamiento ambiental de gases de escape ni en equipos de generación de oxígeno. Además, la cobertura de material frío en la superficie fundida elimina la necesidad de invertir en equipos de recuperación de calor residual. Por lo tanto, la inversión unitaria para el método de fusión totalmente eléctrico es menor.

Ventaja de costos

El importante ahorro energético y la menor depreciación de los activos fijos se traducen en una clara ventaja en costes.