دو فناوری اصلی آماده‌سازی مداوم الیاف بازالت

۱. روش شعله

روش شعله شامل یک فرآیند تولید است که در آن گرما مستقیماً به سطح ماده منتقل می‌شود. بازالت ذوب شدن در کوره بازالت با ساختار آجر نسوز. این گرما معمولاً توسط شعله‌هایی (مانند احتراق گاز طبیعی-اکسیژن یا هوای داغ یا شعله‌های پلاسما) از بالای کوره تولید می‌شود. این روش گرمایش اولیه می‌تواند با گرمایش الکترود از پایین تکمیل شود. کل فرآیند شامل ذوب، شفاف‌سازی و شکل‌دهی است.

کوره‌های شعله‌ای کوچک و مستقل که در حال حاضر جریان اصلی صنعت هستند، فقط از گرمایش احتراق گاز طبیعی در بالا استفاده می‌کنند و فاقد الکترودهای کمکی در پایین هستند. با این حال، به دلیل مصرف بالای انرژی، هزینه‌های بالای تولید و مقرون به صرفه نبودن محصول، اکثر شرکت‌هایی که از این فناوری استفاده می‌کنند، ضررهای شدیدی را تجربه می‌کنند و در آستانه ورشکستگی قرار دارند.

جهت توسعه روش شعله عبارت است از کوره مخزنی شعله‌ایکه از رویکرد "ترکیب گاز و برق" با احتراق گاز طبیعی و اکسیژن در بالا و گرمایش الکترود کمکی در پایین استفاده می‌کند. این روش "ترکیب گاز و برق" فناوری اصلی برای تولید است. الیاف شیشهو این کوره‌های الیاف شیشه بسیار پخته و موفق عمل می‌کنند، به خصوص کوره‌های واحد که تقریباً به استانداردی برای طراحی کوره‌های کشش کوره مخزن الیاف شیشه تبدیل شده‌اند. تلاش‌هایی برای انتقال این فناوری به تولید مداوم الیاف بازالت انجام شده است، اما با وجود آزمایش‌های محدود، هنوز موفقیتی حاصل نشده است. در دو سال گذشته، برخی رویکرد متفاوتی را در پیش گرفته‌اند و از مواد اولیه سنگ آتشفشانی طبیعی خالص به مواد اولیه فرموله شده (یعنی ترکیب بخش زیادی از سنگ غیر آتشفشانی) تغییر داده‌اند. این امر منجر به راه‌اندازی و بهره‌برداری موفقیت‌آمیز خطوط تولید کوره مخزنی با حرارت شعله‌ای به ظرفیت 10000 تن در سال و 3500 تن در سال شده است.

۲. روش ذوب تمام الکتریکی

روش ذوب تمام الکتریکی شامل یک فرآیند تولید است که در آن انرژی الکتریکی مستقیماً به مذاب بازالت با دمای بالا در یک کوره بازالت با ساختار آجر نسوز منتقل می‌شود. این کار از طریق الکترودها (مانند گرافیت، مولیبدن، دی اکسید قلع و غیره) یا (و) سایر روش‌های فیزیکی (مانند روش‌های پلاسما) انجام می‌شود. این فناوری ذوب، شفاف‌سازی و شکل‌دهی را پوشش می‌دهد.

روش ذوب تمام الکتریکی الیاف بازالت پیوسته چین با برنامه ملی 863 در سال 2002 آغاز شد که در آن یک دستگاه کشش کوره مستقل در مقیاس کوچک با استفاده از این روش تکمیل شد. پیشرفت‌های قابل توجه در ذوب پیوسته الیاف بازالت فناوری کشش ذوب تمام الکتریکی در سال ۲۰۱۶ با تکمیل یک کوره مخزن ذوب تمام الکتریکی در مقیاس پایلوت با ظرفیت هزار تن در سال به دست آمد. این سیستم از الکترودهای پیش‌رونده چند ردیفه استفاده می‌کند که امکان عمق سطح مایع مذاب تا ۱۳۰۰ میلی‌متر را فراهم می‌کند. قطر تک‌رشته محصول بین ۹ تا ۲۲ میکرومتر متمرکز است و مصرف برق واحد جامع ۳.۰ تا ۳.۵ کیلووات ساعت بر کیلوگرم است که اثرات صرفه‌جویی در انرژی عالی را نشان می‌دهد. در سال ۲۰۱۸، یک خط تولید کوره مخزن ذوب تمام الکتریکی با ظرفیت ۱۲۰۰ تن در سال ("یک به هشت"، با استفاده از اسپینرت‌های ۴۰۰ سوراخه) رسماً به بهره‌برداری رسید. این خط تولید بیش از سه سال به طور پایدار کار کرده است و تأیید می‌کند که عمر کوره می‌تواند به بیش از سه سال برسد.

تا به امروز، برای مواد اولیه سنگ‌های آتشفشانی طبیعی خالص، فناوری تولید الیاف بازالت پیوسته فقط در سطح فناوری کوره‌های مخزنی هزار تنی در سال و منحصراً برای روش ذوب تمام الکتریکی حفظ شده است.

۳. مقایسه دو مسیر تکنولوژیکی

ویژگی‌های دمای بالا ذوب بازالت، یعنی رسانایی حرارتی ضعیف، ویسکوزیته بالا و خواص کوتاه مواد، دقیقاً همان چیزی است که تولید الیاف بازالت پیوسته را چالش برانگیز می‌کند.

• روش شعله

روش شعله، یک فناوری نسبتاً بالغ که از اتحاد جماهیر شوروی سابق (روسیه و اوکراین فعلی) معرفی و برای شرایط خاص چین تطبیق داده شده است، کاربرد گسترده‌ای داشته است. با این حال، بزرگترین نقطه ضعف آن در صنعتی شدن، هزینه‌های بالای تولید و مقرون به صرفه نبودن آن است که عمدتاً به دلیل نقص‌های ساختاری فیزیکی ذاتی در خود روش است.

مصرف کم گرما

در این روش، گاز طبیعی از بالای کوره سوزانده می‌شود و شعله مستقیماً سطح مذاب بازالت را گرم می‌کند. بیش از 60٪ گرما توسط سطح مذاب منعکس شده و توسط گازهای خروجی خارج می‌شود. با توجه به اینکه مذاب بازالت با دمای بالا، رسانایی حرارتی ده برابر کمتر از مذاب شیشه با دمای بالا دارد، انتقال حرارت بسیار کند است. کوره‌های کوچک و تک واحدی تنها می‌توانند عمق مذاب حدود 15 سانتی‌متر را حفظ کنند. در حالی که کوره‌های مخزنی دسته‌ای بازالت با ظرفیت 10000 تن در سال که با شعله گرم می‌شوند، می‌توانند با گرمایش الکترود کمکی پایین به عمق مذاب 50 سانتی‌متر برسند، مذاب یک ساختار بشقاب مانند در داخل کوره تشکیل می‌دهد که منجر به سطح ویژه بزرگ و اتلاف حرارت قابل توجه می‌شود. اتلاف حرارت از طریق مواد عایق بیش از 10٪ است. در نتیجه، میزان واقعی استفاده از گرما کمتر از 30٪ است.

کیفیت ذوب پایین

به دلیل سطح کم مذاب در روش شعله، بخش‌های شفاف‌سازی و همگن‌سازی نمی‌توانند همگن‌سازی کاملی را انجام دهند و در نتیجه کیفیت ذوب پایین‌تری حاصل می‌شود.

انتشار گازهای خروجی

احتراق گاز طبیعی باعث تولید گازهای خروجی مانند اکسیدهای گوگرد و نیتروژن می‌شود.

انتشار گازهای گلخانه‌ای

به عنوان یک سوخت فسیلی، احتراق گاز طبیعی مقادیر قابل توجهی CO2، یک گاز گلخانه‌ای، آزاد می‌کند.

سرمایه‌گذاری بالای تجهیزات

پرداختن به انتشار گازهای خروجی از احتراق گاز طبیعی مستلزم اقدامات کنترل آلودگی است. استفاده کم از گرما همچنین مستلزم اقدامات بازیابی گرمای تلف شده است. علاوه بر این، احتراق اکسیژن خالص به تجهیزات تولید اکسیژن نیاز دارد. این سه عامل به طور قابل توجهی سرمایه‌گذاری تجهیزات را افزایش می‌دهند. سرمایه‌گذاری واحد برای روش شعله تقریباً 11000 تا 20000 یوان در هر تن است.

• روش ذوب تمام الکتریکی

در مقایسه با روش شعله، روش ذوب تمام الکتریکی مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد.

کیفیت ذوب بالا

فناوری ذوب تمام الکتریکی بر این اصل استوار است که مذاب در حالت مذاب با دمای بالا رسانای الکتریکی است و این امر امکان تأمین مستقیم انرژی الکتریکی برای گرمایش داخلی را فراهم می‌کند. چیدمان عمودی الکترودها، ذوب عمودی را تسهیل می‌کند. کوره‌های مخزن ذوب تمام الکتریکی با ظرفیت هزار تن در سال می‌توانند به عمق ذوب بیش از 1.2 متر برسند و بخش شفاف‌سازی و همگن‌سازی طولانی‌تری را فراهم کنند. منطقه ایزوترمال دمای بالا در داخل مخزن عمیق‌تر است که منجر به کیفیت ذوب و همگن‌سازی بهتر بازالت می‌شود.

بهره‌وری انرژی

گرمایش داخلی مستقیم مذاب، ذوب عمودی، مخازن عمیق‌تر و پوشش مواد سرد روی سطح مذاب به نرخ ذوب بالا و راندمان حرارتی بالا کمک می‌کند. اولاً، الکترودهایی که مستقیماً در مذاب قرار می‌گیرند، استفاده کامل از گرمای ژول را تضمین می‌کنند. ثانیاً، سطح مذاب عمیق، با عمقی نزدیک به قطر داخلی کوره، منجر به مساحت سطح ویژه کوچکتر و تقریباً حداقلی برای مذاب می‌شود. این ساختار هندسی در مقایسه با ساختار بشقاب مانند روش شعله، اتلاف گرما را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. ثالثاً، پوشش مواد سرد روی سطح مذاب، یک "بالای کوره سرد" را تشکیل می‌دهد که باعث کاهش بیشتر اتلاف گرما می‌شود.

ردپای کم کربن

فناوری ذوب تمام الکتریکی، انتشار کربن مرتبط با احتراق گاز طبیعی در روش شعله را حذف می‌کند. انتشار کربن آن صرفاً توسط ترکیب انرژی شبکه برق تعیین می‌شود. در صورت استفاده از انرژی برق آبی یا سایر منابع انرژی تجدیدپذیر، می‌توان به انتشار صفر کربن دست یافت.

سرمایه‌گذاری کمتر

از آنجایی که روش ذوب تمام الکتریکی شامل احتراق گاز طبیعی با اکسیژن خالص نمی‌شود، نیازی به سرمایه‌گذاری در تجهیزات تصفیه زیست‌محیطی گازهای خروجی یا تجهیزات تولید اکسیژن نیست. علاوه بر این، پوشش مواد سرد روی سطح مذاب به این معنی است که نیازی به سرمایه‌گذاری در تجهیزات بازیابی گرمای تلف‌شده نیست. بنابراین، سرمایه‌گذاری واحد برای روش ذوب تمام الکتریکی کمتر است.

مزیت هزینه

صرفه‌جویی قابل توجه در مصرف انرژی و کاهش استهلاک دارایی‌های ثابت، به یک مزیت هزینه‌ای متمایز تبدیل می‌شود.