Équipements de production et technologies de contrôle de précision pour la fibre de basalte continue

1. Principaux équipements de production pour la production en continu Fibre de basalte 
Continu fibre de basalte La production de fibres de basalte en continu repose sur un procédé en une seule étape, caractérisé par un flux de travail simplifié mais des contraintes techniques importantes. Comparée à la production de fibres de carbone, cette méthode consomme beaucoup moins d'énergie (moins d'un dixième de celle des fibres de carbone) et n'émet ni CO₂, ni SO₂, ni autres gaz nocifs, ce qui en fait un procédé de production respectueux de l'environnement et à faible émission de carbone. L'équipement thermique principal utilisé pour la production de fibres de basalte en continu est le four, qui se divise en deux catégories : les fours à creuset et les fours à cuve.

(1) Four à creuset
Un four à creuset fonctionne généralement avec un four par douille.
Avantages : Taille compacte, faible investissement, flexibilité pour des ajustements de processus localisés et aptitude à la production en petits lots ou spécialisée.
Inconvénients : Faible rendement thermique, consommation d'énergie élevée, qualité de produit inconstante, faible efficacité de production et coûts globaux élevés.
Actuellement, les fours à creuset dominent l'industrie de la fibre de basalte en continu, avec une capacité de production annuelle de 100 à 300 tonnes. En raison de la dégradation des électrodes et du matériau réfractaire, leur durée de vie est courte, de 6 à 12 mois. Aux débuts du développement de cette industrie, les fours à creuset étaient parfaitement adaptés à la production à petite échelle et à la recherche sur les équipements.
Types de fours à creuset :

• Four à creuset à flamme : Chauffé par combustion de gaz naturel et d'air.
  Avantages : Contrôle flexible de la flamme, capacité de démarrage/arrêt rapide.
  Inconvénients : Faible température de flamme, faible capacité de fusion, gaspillage d'énergie dû à l'azote (78 % de l'air) générant des émissions nocives de NOₓ et chauffage inégal conduisant à une homogénéité de fusion incohérente.
• Four à creuset entièrement électrique : chauffé intérieurement par des électrodes en forme de plaque ou de tige.
  Avantages : Rendement thermique élevé, chauffage interne uniforme.
  Inconvénients : Durée de vie courte due à l'usure des électrodes, nécessitant un remplacement complet après dégradation.

(2) Fournaise à réservoir
Face à la demande croissante de fibres en quantité et en qualité, les fours à cuve (un seul four à plusieurs cuves) sont devenus indispensables à la production à grande échelle. Ils permettent un contrôle précis de la température, une meilleure homogénéité de la matière fondue, une qualité de produit stable et un rendement élevé, avec des capacités annuelles atteignant plusieurs milliers, voire plusieurs dizaines de milliers de tonnes.
Types de chaudières à réservoir :

• Fournaise à réservoir entièrement électrique : utilise des électrodes à tige (montées horizontalement ou par le bas).
  Avantages : Rendement thermique élevé et chauffage uniforme.
  Inconvénients : Points chauds des électrodes, usure irrégulière et courte durée de vie (environ 1 an).
• Fournaise à combustion intégrale : Chauffée au gaz naturel avec air ou oxygène pur. La combustion à l'oxygène pur est privilégiée pour son efficacité et la réduction des émissions.
  Avantages : Longue durée de vie (plus de 3 ans), économie d'énergie grâce à l'oxygène pur.
  Inconvénients : Gradient de température dans les zones de fusion profonde, même si les zones de fusion superficielles améliorent l’uniformité.
• Four à réservoir hybride flamme-électrique : combine le chauffage par flamme supérieure et les électrodes inférieures/latérales.
  Avantages : Homogénéisation à chaud améliorée.
  Inconvénients : Conception complexe, chauffage de surface irrégulier, pertes d'énergie importantes dues aux électrodes refroidies à l'eau et durée de vie courte en raison de l'usure des électrodes.

(3) Bague
La bague, généralement en alliage platine-rhodium, est un composant essentiel du formage de fibres. La production à grande échelle exige des bagues de grande capacité. Les premières bagues comportaient 200 trous ; les normes actuelles incluent 400, 800 et 1 200 trous. Les progrès technologiques en matière de bagues sont étroitement liés au développement des fours à cuve.

2. Technologie de contrôle de précision 
La fusion du basalte présente des défis tels que des températures d'étirage/cristallisation élevées, une cristallisation rapide, des plages de températures de formage étroites, un durcissement irrégulier des fibres, une forte mouillabilité des bagues et une faible transparence thermique. Ces facteurs entraînent une instabilité lors de l'étirage des fibres (par exemple, rupture, arrachement, variation de diamètre). La stabilisation repose sur trois aspects :

• Homogénéité et stabilité de la fusion : obtenues grâce à un mélange précis des matières premières, un contrôle rigoureux de la température du four, une régulation du niveau de fusion et une gestion efficace de la pression.
• Contrôle de la bague et de la température : assure un chauffage uniforme de la bague et évite la cristallisation.
• Optimisation du processus d'étirage : Inclut un contrôle précis de la vitesse d'étirage, des paramètres de refroidissement et de la tension des fibres.

Les technologies clés reposent sur des systèmes de contrôle avancés pour le mélange des matériaux, la température du four, le niveau de fusion, la pression dans la chambre, la température du canal, la température de la douille et la vitesse d'étirage. Celles-ci garantissent une production continue, stable et de haute qualité de fibres de basalte.