Dúas tecnoloxías principais de preparación continua de fibra de basalto

1. Método da chama

O método da chama implica un proceso de produción no que a calor se subministra directamente á superficie do basalto fundir dentro dun forno de basalto con estrutura de ladrillo refractario. Esta calor xérase normalmente por chamas (como a combustión de gas natural e osíxeno ou aire quente, ou chamas de plasma) desde a parte superior do forno. Este método de quecemento primario pódese complementar co quecemento do eléctrodo inferior. Todo o proceso abrangue a fusión, a clarificación e a formación.

Os fornos de chama pequenos e independentes, que son os máis comúns na industria actualmente, só usan calefacción de combustión de gas natural na parte superior e carecen de eléctrodos inferiores auxiliares. Non obstante, debido ao seu alto consumo de enerxía, aos altos custos de produción e á baixa rendibilidade do produto, a maioría das empresas que empregan esta tecnoloxía están a sufrir graves perdas e están a piques de quebrar.

A dirección de desenvolvemento para o método da chama é a forno de tanque quentado por chama, que utiliza un enfoque de "combinación gas-eléctrica" ​​con combustión superior de gas natural e osíxeno e quecemento auxiliar de eléctrodos inferiores. Este método de "combinación gas-eléctrica" ​​é a tecnoloxía absolutamente dominante para a fabricación fibra de vidros, e estes fornos de fibra de vidro funcionan con moita madurez e éxito, especialmente os fornos unitarios, que case se converteron no estándar para os deseños de fornos de estirado de fornos de tanque de fibra de vidro. Fixéronse esforzos para transferir esta tecnoloxía á fabricación continua de fibra de basalto, pero a pesar das probas limitadas, aínda non se conseguiu o éxito. Nos últimos dous anos, algúns adoptaron un enfoque diferente, cambiando de materias primas de rocha volcánica natural pura a materias primas formuladas (é dicir, incorporando unha gran proporción de rocha non volcánica). Isto levou á posta en servizo e funcionamento exitosos de liñas de produción de fornos de tanque con quentamento por chama de 10.000 toneladas/ano e 3.500 toneladas/ano.

2. Método de fusión totalmente eléctrica

O método de fusión totalmente eléctrica implica un proceso de produción no que a enerxía eléctrica se subministra directamente á masa fundida de basalto a alta temperatura dentro dun forno de basalto con estrutura de ladrillo refractario. Isto conséguese mediante eléctrodos (como grafito, molibdeno, dióxido de estaño, etc.) ou (e) outros métodos físicos (como os métodos de plasma). Esta tecnoloxía abrangue a fusión, a clarificación e a formación.

O método de fusión totalmente eléctrica continua de fibra de basalto da China comezou co Programa nacional 863 en 2002, que completou un aparello de estiramento de forno autónomo a pequena escala usando este método. Avances significativos na fusión continua fibra de basalto A tecnoloxía de estirado por fusión totalmente eléctrica alcanzouse en 2016, coa finalización dun forno de tanque de fusión totalmente eléctrico a escala piloto de mil toneladas/ano. Este sistema utiliza eléctrodos progresivos de varias filas, o que permite unha profundidade de nivel de líquido fundido de ata 1300 mm. O diámetro do monofilamento do produto concéntrase entre 9 e 22 μm e o consumo de enerxía unitario global é de 3,0 a 3,5 kWh/kg, o que demostra excelentes efectos de aforro de enerxía. En 2018, púxose oficialmente en funcionamento unha liña de produción de fornos de tanque de fusión totalmente eléctricos de 1200 toneladas/ano ("de un a oito", con fiadoras de 400 buratos). Funcionou de forma estable durante máis de tres anos, o que verifica que a vida útil do forno pode alcanzar máis de tres anos.

Ata a data, para as materias primas de rocha volcánica natural pura, a tecnoloxía de fabricación continua de fibra de basalto só se mantén ao nivel da tecnoloxía de fornos de tanque de mil toneladas/ano e exclusivamente para o método de fusión totalmente eléctrico.

3. Comparación das dúas rutas tecnolóxicas

As características das altas temperaturas fusión de basalto, concretamente a súa baixa condutividade térmica, alta viscosidade e propiedades curtas do material, son precisamente o que fai que a fabricación de fibra de basalto continua sexa desafiante.

• Método da chama

O método da chama, unha tecnoloxía relativamente madura introducida desde a antiga Unión Soviética (agora Rusia e Ucraína) e adaptada ás condicións específicas da China, tivo un uso xeneralizado. Non obstante, o seu maior inconveniente na industrialización son os altos custos de produción e a baixa rendibilidade, debido en gran parte a defectos estruturais físicos inherentes ao propio método.

baixo uso da calor

Neste método, o gas natural quéimase desde a parte superior do forno, e a chama quenta directamente a superficie da masa fundida de basalto. Máis do 60 % da calor é reflectida pola superficie da masa fundida e transportada polos gases de escape. Dado que a masa fundida de basalto a alta temperatura ten unha condutividade térmica dez veces menor que a masa fundida de vidro a alta temperatura, a transferencia de calor é extremadamente lenta. Os fornos pequenos dunha soa unidade só poden manter unha profundidade de masa fundida duns 15 cm. Mentres que os fornos de tanque discontinuo de basalto con quentamento por chama de 10 000 toneladas/ano poden alcanzar unha profundidade de masa fundida de 50 cm con quentamento auxiliar por eléctrodo inferior, a masa fundida forma unha estrutura en forma de prato dentro do forno, o que leva a unha gran superficie específica e a unha disipación de calor significativa. A perda de calor a través dos materiais de illamento supera o 10 %. En consecuencia, a taxa real de utilización da calor é inferior ao 30 %.

Calidade de baixa fusión

Debido ao baixo nivel de fusión no método da chama, as seccións de clarificación e homoxeneización non poden lograr unha homoxeneización completa, o que resulta nunha menor calidade de fusión.

Emisións de gases de escape

A combustión do gas natural produce gases de escape como xofre e óxidos de nitróxeno.

Emisións de gases de efecto invernadoiro

Como combustible fósil, a queima de gas natural libera cantidades significativas de CO2, un gas de efecto invernadoiro.

Alto investimento en equipos

Abordar as emisións de gases de escape da combustión de gas natural require medidas de control da contaminación. O baixo uso da calor tamén require medidas de recuperación da calor residual. Ademais, a combustión de osíxeno puro require equipos de xeración de osíxeno. Estes tres factores aumentan significativamente o investimento en equipos. O investimento unitario para o método da chama é de aproximadamente 11.000-20.000 RMB por tonelada.

• Método de fusión totalmente eléctrico

En comparación co método da chama, o método de fusión totalmente eléctrico ofrece vantaxes notables.

Alta calidade de fusión

A tecnoloxía de fusión totalmente eléctrica baséase no principio de que a masa fundida é electricamente condutora nun estado fundido a alta temperatura, o que permite que a enerxía eléctrica se lle subministre directamente para o quecemento interno. A disposición vertical dos eléctrodos facilita a fusión vertical. Os fornos de tanque de fusión totalmente eléctricos de mil toneladas ao ano poden alcanzar unha profundidade de fusión de máis de 1,2 metros, o que proporciona unha sección de clarificación e homoxeneización máis longa. A zona isotérmica de alta temperatura dentro do tanque é máis profunda, o que leva a unha mellor calidade de fusión e homoxeneización do basalto.

Eficiencia enerxética

O quecemento interno directo da masa fundida, a fusión vertical, os tanques máis profundos e a cobertura de material frío na superficie da masa fundida contribúen a altas taxas de fusión e a unha alta eficiencia térmica. En primeiro lugar, os eléctrodos inseridos directamente na masa fundida garanten a plena utilización da calor de Joule. En segundo lugar, o nivel profundo da masa fundida, cunha profundidade que se aproxima ao diámetro interno do forno, resulta nunha área superficial específica máis pequena e case mínima para a masa fundida. Esta estrutura xeométrica reduce significativamente a disipación de calor en comparación coa estrutura en forma de prato do método da chama. En terceiro lugar, a cobertura de material frío na superficie da masa fundida forma unha "parte superior fría do forno", o que reduce aínda máis a perda de calor.

baixa pegada de carbono

A tecnoloxía de fusión totalmente eléctrica elimina as emisións de carbono asociadas á combustión de gas natural no método da chama. As súas emisións de carbono están determinadas unicamente pola combinación enerxética da rede eléctrica. Se se emprega enerxía hidroeléctrica ou outras fontes de enerxía renovables, pódense conseguir cero emisións de carbono.

Menor investimento

Dado que o método de fusión totalmente eléctrico non implica a combustión de osíxeno puro do gas natural, non hai necesidade de investir en equipos de tratamento ambiental de gases de escape nin en equipos de xeración de osíxeno. Ademais, a cobertura de material frío na superficie da masa fundida significa que non se require investimento en equipos de recuperación de calor residual. Polo tanto, o investimento unitario para o método de fusión totalmente eléctrico é menor.

Vantaxe de custos

Un aforro enerxético significativo e unha menor depreciación dos activos fixos tradúcense nunha clara vantaxe de custos.