दो प्रमुख सतत बेसाल्ट फाइबर निर्माण प्रौद्योगिकियां

1. ज्वाला विधि

ज्वाला विधि में एक उत्पादन प्रक्रिया शामिल होती है जिसमें ऊष्मा को सीधे सतह पर पहुंचाया जाता है। बाजालत दुर्दम्य ईंटों से बनी बेसाल्ट भट्टी में पिघलाया जाता है। यह ऊष्मा आमतौर पर भट्टी के ऊपरी भाग से निकलने वाली ज्वालाओं (जैसे प्राकृतिक गैस-ऑक्सीजन या गर्म हवा का दहन, या प्लाज्मा ज्वाला) द्वारा उत्पन्न होती है। इस प्राथमिक ताप विधि को निचले इलेक्ट्रोड ताप द्वारा पूरक किया जा सकता है। पूरी प्रक्रिया में पिघलाना, स्पष्ट करना और आकार देना शामिल है।

छोटे, स्वतंत्र लौ भट्टे, जो वर्तमान में उद्योग में मुख्यधारा हैं, केवल ऊपरी प्राकृतिक गैस दहन ताप का उपयोग करते हैं और इनमें सहायक निचले इलेक्ट्रोड नहीं होते हैं। हालांकि, उच्च ऊर्जा खपत, उच्च उत्पादन लागत और कम उत्पाद लागत-प्रभावशीलता के कारण, इस तकनीक का उपयोग करने वाली अधिकांश कंपनियां भारी घाटे का सामना कर रही हैं और दिवालिया होने के कगार पर हैं।

ज्वाला विधि के विकास की दिशा यह है कि लौ से गर्म होने वाली टंकी भट्टीयह विधि "गैस-विद्युत संयोजन" दृष्टिकोण का उपयोग करती है, जिसमें शीर्ष पर प्राकृतिक गैस-ऑक्सीजन दहन और सहायक निचले इलेक्ट्रोड तापन शामिल है। यह "गैस-विद्युत संयोजन" विधि विनिर्माण के लिए सर्वोपरि तकनीक है। ग्लास फाइबरये ग्लास फाइबर भट्टियां बहुत ही परिपक्व और सफल ढंग से काम कर रही हैं, विशेष रूप से यूनिट भट्टियां, जो ग्लास फाइबर टैंक फर्नेस डिजाइन के लिए लगभग मानक बन चुकी हैं। इस तकनीक को निरंतर बेसाल्ट फाइबर निर्माण में स्थानांतरित करने के प्रयास किए गए हैं, लेकिन सीमित परीक्षणों के बावजूद अभी तक सफलता प्राप्त नहीं हुई है। पिछले दो वर्षों में, कुछ लोगों ने एक अलग दृष्टिकोण अपनाया है, जिसमें शुद्ध प्राकृतिक ज्वालामुखी चट्टान कच्चे माल से बदलकर तैयार कच्चे माल (यानी, गैर-ज्वालामुखी चट्टान का एक बड़ा हिस्सा शामिल करना) का उपयोग किया गया है। इससे 10,000 टन/वर्ष और 3,500 टन/वर्ष की ज्वाला-ऊष्मित टैंक फर्नेस उत्पादन लाइनों का सफल संचालन संभव हुआ है।

2. पूर्णतः विद्युतीय पिघलने की विधि

पूर्णतः विद्युतीय पिघलने की विधि में एक ऐसी उत्पादन प्रक्रिया शामिल है जिसमें विद्युत ऊर्जा को सीधे उच्च तापमान वाले पिघले हुए बेसाल्ट में, ईंटों से निर्मित दुर्दम्य बेसाल्ट भट्टी के भीतर पहुँचाया जाता है। यह इलेक्ट्रोड (जैसे ग्रेफाइट, मोलिब्डेनम, टिन डाइऑक्साइड आदि) या (और) अन्य भौतिक विधियों (जैसे प्लाज्मा विधि) के माध्यम से किया जाता है। यह तकनीक पिघलने, शुद्धिकरण और आकार देने की प्रक्रियाओं को समाहित करती है।

चीन में निरंतर बेसाल्ट फाइबर को पूरी तरह से विद्युत द्वारा पिघलाने की विधि की शुरुआत 2002 में राष्ट्रीय 863 कार्यक्रम के साथ हुई, जिसमें इस विधि का उपयोग करके एक छोटे पैमाने का स्वतंत्र भट्टी ड्राइंग उपकरण पूरा किया गया। निरंतर पिघलाने की विधि में महत्वपूर्ण सफलताएँ प्राप्त हुई हैं। बेसाल्ट फाइबर 2016 में, एक हजार टन/वर्ष की क्षमता वाले पायलट-स्तरीय ऑल-इलेक्ट्रिक मेल्टिंग टैंक फर्नेस के पूरा होने के साथ, ऑल-इलेक्ट्रिक मेल्टिंग ड्राइंग तकनीक हासिल की गई। यह प्रणाली मल्टी-रो प्रोग्रेसिव इलेक्ट्रोड का उपयोग करती है, जिससे पिघले हुए तरल स्तर की गहराई 1300 मिमी तक हो सकती है। उत्पाद मोनोफिलामेंट का व्यास 9-22 माइक्रोमीटर के बीच केंद्रित है, और इकाई की कुल बिजली खपत 3.0-3.5 किलोवाट-घंटा/किलोग्राम है, जो उत्कृष्ट ऊर्जा बचत प्रभाव दर्शाती है। 2018 में, 1200 टन/वर्ष की क्षमता वाली ऑल-इलेक्ट्रिक मेल्टिंग टैंक फर्नेस उत्पादन लाइन ("वन-टू-एट," 400-होल स्पिनरेट का उपयोग करते हुए) को आधिकारिक तौर पर चालू किया गया। यह तीन वर्षों से अधिक समय से स्थिर रूप से चल रही है, जिससे यह प्रमाणित होता है कि भट्टी का जीवनकाल तीन वर्ष से अधिक हो सकता है।

आज तक, शुद्ध प्राकृतिक ज्वालामुखी चट्टान कच्चे माल के लिए, निरंतर बेसाल्ट फाइबर निर्माण तकनीक केवल हजार टन/वर्ष टैंक भट्टी प्रौद्योगिकी स्तर पर ही बरकरार रखी गई है, और यह पूरी तरह से विद्युत पिघलने की विधि के लिए ही है।

3. दो तकनीकी मार्गों की तुलना

उच्च तापमान की विशेषताएं बेसाल्ट पिघलइसकी निम्न तापीय चालकता, उच्च श्यानता और कम भौतिक गुणधर्म ही निरंतर बेसाल्ट फाइबर के निर्माण को चुनौतीपूर्ण बनाते हैं।

• ज्वाला विधि

ज्वाला विधि, जो पूर्व सोवियत संघ (अब रूस और यूक्रेन) से आई एक अपेक्षाकृत विकसित तकनीक है और जिसे चीन की विशिष्ट परिस्थितियों के अनुसार अनुकूलित किया गया है, का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। हालांकि, औद्योगीकरण में इसकी सबसे बड़ी कमी उच्च उत्पादन लागत और कम लागत-प्रभावशीलता है, जिसका मुख्य कारण विधि में अंतर्निहित भौतिक संरचनात्मक दोष हैं।

कम ऊष्मा उपयोग

इस विधि में, भट्टी के ऊपरी भाग से प्राकृतिक गैस का दहन किया जाता है, जिससे लौ सीधे बेसाल्ट पिघली हुई सतह को गर्म करती है। ऊष्मा का 60% से अधिक भाग पिघली हुई सतह द्वारा परावर्तित हो जाता है और निकास गैसों द्वारा बाहर निकल जाता है। उच्च तापमान वाले बेसाल्ट पिघले हुए पदार्थ की तापीय चालकता उच्च तापमान वाले कांच पिघले हुए पदार्थ की तुलना में दस गुना कम होने के कारण, ऊष्मा स्थानांतरण अत्यंत धीमा होता है। छोटी, एकल-इकाई भट्टियाँ केवल लगभग 15 सेमी की पिघली हुई गहराई बनाए रख सकती हैं। जबकि 10,000 टन/वर्ष की क्षमता वाली लौ-तापित बेसाल्ट बैच टैंक भट्टियाँ सहायक निचले इलेक्ट्रोड तापन के साथ 50 सेमी की पिघली हुई गहराई तक पहुँच सकती हैं, लेकिन भट्टी के भीतर पिघला हुआ पदार्थ एक तश्तरी जैसी संरचना बना लेता है, जिससे एक बड़ा विशिष्ट सतह क्षेत्र और महत्वपूर्ण ऊष्मा अपव्यय होता है। इन्सुलेशन सामग्री के माध्यम से ऊष्मा हानि 10% से अधिक होती है। परिणामस्वरूप, वास्तविक ऊष्मा उपयोग दर 30% से कम है।

कम गलनांक गुणवत्ता

ज्वाला विधि में पिघलने का स्तर कम होने के कारण, स्पष्टीकरण और समरूपीकरण अनुभाग पूर्ण समरूपीकरण प्राप्त नहीं कर पाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप पिघलने की गुणवत्ता कम हो जाती है।

निकास गैस उत्सर्जन

प्राकृतिक गैस के दहन से सल्फर और नाइट्रोजन ऑक्साइड जैसी अपशिष्ट गैसें उत्पन्न होती हैं।

ग्रीनहाउस गैस का उत्सर्जन

प्राकृतिक गैस एक जीवाश्म ईंधन होने के नाते, इसके दहन से काफी मात्रा में CO2 निकलती है, जो एक ग्रीनहाउस गैस है।

उच्च उपकरण निवेश

प्राकृतिक गैस दहन से निकलने वाली गैसों के उत्सर्जन को नियंत्रित करने के लिए प्रदूषण नियंत्रण उपायों की आवश्यकता होती है। कम ऊष्मा उपयोग के कारण अपशिष्ट ऊष्मा पुनर्प्राप्ति उपायों की भी आवश्यकता होती है। इसके अलावा, शुद्ध ऑक्सीजन दहन के लिए ऑक्सीजन उत्पादन उपकरण की आवश्यकता होती है। इन तीनों कारकों से उपकरण निवेश में काफी वृद्धि होती है। ज्वाला विधि के लिए प्रति टन इकाई निवेश लगभग 11,000-20,000 आरएमबी है।

• पूर्णतः विद्युतीय पिघलने की विधि

ज्वाला विधि की तुलना में, पूर्णतः विद्युतीय पिघलने की विधि उल्लेखनीय लाभ प्रदान करती है।

उच्च गलनांक गुणवत्ता

पूर्णतः विद्युत आधारित पिघलने की तकनीक इस सिद्धांत पर आधारित है कि पिघली हुई धातु उच्च तापमान पर विद्युत प्रवाहकीय होती है, जिससे आंतरिक तापन के लिए धातु को सीधे विद्युत ऊर्जा की आपूर्ति की जा सकती है। इलेक्ट्रोडों की ऊर्ध्वाधर व्यवस्था ऊर्ध्वाधर पिघलने को सुगम बनाती है। प्रति वर्ष हजार टन क्षमता वाली पूर्णतः विद्युत आधारित पिघलने की भट्टियों में 1.2 मीटर से अधिक की पिघली हुई धातु की गहराई प्राप्त की जा सकती है, जिससे स्पष्टीकरण और समरूपीकरण के लिए अधिक समय मिलता है। भट्टी के भीतर उच्च तापमान वाला समतापी क्षेत्र गहरा होता है, जिससे बेसाल्ट के लिए बेहतर पिघलने और समरूपीकरण की गुणवत्ता प्राप्त होती है।

ऊर्जा दक्षता

पिघले हुए पदार्थ को सीधे आंतरिक रूप से गर्म करना, ऊर्ध्वाधर पिघलाव, गहरे टैंक और पिघले हुए पदार्थ की सतह पर ठंडी सामग्री की परत चढ़ाना उच्च पिघलाव दर और उच्च तापीय दक्षता में योगदान करते हैं। सबसे पहले, पिघले हुए पदार्थ में सीधे डाले गए इलेक्ट्रोड जूल ऊष्मा का पूर्ण उपयोग सुनिश्चित करते हैं। दूसरे, भट्टी के आंतरिक व्यास के लगभग बराबर गहराई वाला गहरा पिघला हुआ स्तर, पिघले हुए पदार्थ के लिए लगभग न्यूनतम विशिष्ट सतह क्षेत्र प्रदान करता है। यह ज्यामितीय संरचना लौ विधि की थाली जैसी संरचना की तुलना में ऊष्मा अपव्यय को काफी कम करती है। तीसरे, पिघले हुए पदार्थ की सतह पर ठंडी सामग्री की परत "ठंडी भट्टी की ऊपरी सतह" बनाती है, जिससे ऊष्मा हानि और भी कम हो जाती है।

कम कार्बन पदचिह्न

यह पूर्णतः विद्युत आधारित पिघलाने की तकनीक लौ विधि में प्राकृतिक गैस के दहन से जुड़े कार्बन उत्सर्जन को समाप्त कर देती है। इसका कार्बन उत्सर्जन पूरी तरह से विद्युत ग्रिड के ऊर्जा मिश्रण पर निर्भर करता है। यदि जलविद्युत या अन्य नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों का उपयोग किया जाता है, तो शून्य कार्बन उत्सर्जन प्राप्त किया जा सकता है।

कम निवेश

क्योंकि पूर्णतः विद्युत आधारित पिघलाने की विधि में प्राकृतिक गैस का शुद्ध ऑक्सीजन दहन शामिल नहीं होता, इसलिए अपशिष्ट गैसों के पर्यावरणीय उपचार उपकरण या ऑक्सीजन उत्पादन उपकरण में निवेश करने की आवश्यकता नहीं होती। इसके अतिरिक्त, पिघली हुई सतह पर ठंडी सामग्री की परत होने के कारण अपशिष्ट ऊष्मा पुनर्प्राप्ति उपकरण में निवेश की आवश्यकता नहीं होती। अतः पूर्णतः विद्युत आधारित पिघलाने की विधि में प्रति इकाई निवेश कम होता है।

लागत लाभ

ऊर्जा की महत्वपूर्ण बचत और अचल परिसंपत्तियों के मूल्यह्रास में कमी से लागत के मामले में स्पष्ट लाभ प्राप्त होता है।