Dvije glavne tehnologije kontinuirane pripreme bazaltnih vlakana

1. Metoda plamena

Metoda plamena uključuje proizvodni proces u kojem se toplina izravno dovodi na površinu Bazalt taljenje unutar peći od bazalta s vatrostalnom opekom. Ovu toplinu obično stvaraju plamenovi (kao što su izgaranje prirodnog plina i kisika ili vrućeg zraka, ili plazma plamenovi) s vrha peći. Ova primarna metoda zagrijavanja može se nadopuniti zagrijavanjem donje elektrode. Cijeli proces obuhvaća taljenje, bistrenje i oblikovanje.

Male, samostalne plamene peći, koje su trenutno uobičajene u industriji, koriste samo gornje grijanje izgaranjem prirodnog plina i nemaju pomoćne donje elektrode. Međutim, zbog visoke potrošnje energije, visokih troškova proizvodnje i niske isplativosti proizvoda, većina tvrtki koje koriste ovu tehnologiju doživljava ozbiljne gubitke i nalazi se na rubu bankrota.

Smjer razvoja metode plamena je plamenom grijana peć s spremnikom, koji koristi pristup "kombinacije plina i električne energije" s gornjim izgaranjem prirodnog plina i kisika i pomoćnim zagrijavanjem donje elektrode. Ova metoda "kombinacije plina i električne energije" apsolutno je glavna tehnologija za proizvodnju Staklena vlaknas, a ove peći za staklena vlakna rade vrlo zrelo i uspješno, posebno jedinične peći, koje su gotovo postale standard za dizajn peći za izvlačenje staklenih vlakana u spremniku. Uloženi su napori da se ova tehnologija prenese na kontinuiranu proizvodnju bazaltnih vlakana, ali unatoč ograničenim pokusima, uspjeh još nije postignut. U posljednje dvije godine neki su zauzeli drugačiji pristup, prelazeći s čistih prirodnih vulkanskih stijena na formulirane sirovine (tj. uključuju veliki udio nevulkanskih stijena). To je dovelo do uspješnog puštanja u rad i rada proizvodnih linija za plameno grijane spremnike od 10.000 tona godišnje i 3.500 tona godišnje.

2. Metoda potpuno električnog taljenja

Metoda potpuno električnog taljenja uključuje proizvodni proces u kojem se električna energija izravno dovodi u visokotemperaturnu bazaltnu talinu unutar vatrostalne bazaltne peći s opekom. To se postiže elektrodama (kao što su grafit, molibden, kositar dioksid itd.) ili (i) drugim fizičkim metodama (kao što su plazma metode). Ova tehnologija obuhvaća taljenje, bistrenje i oblikovanje.

Kineska metoda kontinuiranog taljenja bazaltnih vlakana potpuno električnom metodom započela je nacionalnim programom 863 2002. godine, u kojem je dovršen mali samostalni aparat za izvlačenje peći korištenjem ove metode. Značajni prodori u kontinuiranom taljenju bazaltna vlakna Tehnologija potpuno električnog taljenja i izvlačenja postignuta je 2016. godine, završetkom pilot-projekta potpuno električne peći za taljenje kapaciteta tisuću tona godišnje. Ovaj sustav koristi višeredne progresivne elektrode, što omogućuje dubinu razine taline do 1300 mm. Promjer monofilamenta proizvoda koncentriran je između 9-22 μm, a ukupna potrošnja energije jedinice iznosi 3,0-3,5 kWh/kg, što pokazuje izvrsne učinke uštede energije. Godine 2018. službeno je puštena u rad potpuno električna proizvodna linija peći za taljenje kapaciteta 1200 tona godišnje („jedan do osam“, s mlaznicama za predenje s 400 rupa). Stabilno radi više od tri godine, što potvrđuje da vijek trajanja peći može doseći više od tri godine.

Do danas se za čiste prirodne vulkanske stijene, tehnologija kontinuirane proizvodnje bazaltnih vlakana održava samo na razini tehnologije peći s kapacitetom od tisuću tona godišnje i isključivo za potpuno električnu metodu taljenja.

3. Usporedba dvaju tehnoloških ruta

Karakteristike visoke temperature talina bazalta, naime njegova slaba toplinska vodljivost, visoka viskoznost i kratkotrajna svojstva materijala, upravo su ono što proizvodnju kontinuiranih bazaltnih vlakana čini izazovnom.

• Metoda plamena

Metoda plamena, relativno zrela tehnologija uvedena iz bivšeg Sovjetskog Saveza (sada Rusije i Ukrajine) i prilagođena specifičnim uvjetima Kine, doživjela je široku upotrebu. Međutim, njezin najveći nedostatak u industrijalizaciji su visoki troškovi proizvodnje i niska isplativost, uglavnom zbog inherentnih fizičkih strukturnih nedostataka u samoj metodi.

Niska iskorištenost topline

U ovoj metodi, prirodni plin se sagorijeva s vrha peći, pri čemu plamen izravno zagrijava površinu taline bazalta. Preko 60% topline reflektira se od površine taline i odnosi se ispušnim plinovima. S obzirom na to da visokotemperaturna talina bazalta ima toplinsku vodljivost deset puta nižu od visokotemperaturne taline stakla, prijenos topline je izuzetno spor. Male, jednodijelne peći mogu održavati dubinu taline samo od oko 15 cm. Dok peći s bazaltnim spremnikom kapaciteta 10 000 tona godišnje, zagrijane plamenom, mogu doseći dubinu taline od 50 cm s pomoćnim zagrijavanjem donje elektrode, talina unutar peći formira strukturu nalik tanjuru, što dovodi do velike specifične površine i značajnog odvođenja topline. Gubitak topline kroz izolacijske materijale prelazi 10%. Posljedično, stvarna stopa iskorištenja topline je manja od 30%.

Kvaliteta niskog tališta

Zbog plitke razine taljenja u metodi plamena, odjeljci za bistrenje i homogenizaciju ne mogu postići temeljitu homogenizaciju, što rezultira nižom kvalitetom taljenja.

Emisije ispušnih plinova

Izgaranjem prirodnog plina nastaju ispušni plinovi poput sumpornih i dušikovih oksida.

Emisije stakleničkih plinova

Kao fosilno gorivo, izgaranjem prirodnog plina oslobađaju se značajne količine CO2, stakleničkog plina.

Visoka investicija u opremu

Rješavanje problema emisija ispušnih plinova iz izgaranja prirodnog plina zahtijeva mjere kontrole onečišćenja. Nisko iskorištenje topline također zahtijeva mjere za iskorištavanje otpadne topline. Nadalje, izgaranje čistog kisika zahtijeva opremu za proizvodnju kisika. Ova tri čimbenika značajno povećavaju ulaganja u opremu. Jedinično ulaganje za metodu plamena iznosi približno 11.000-20.000 RMB po toni.

• Metoda potpuno električnog taljenja

U usporedbi s metodom plamena, potpuno električna metoda taljenja nudi značajne prednosti.

Visoka kvaliteta taljenja

Tehnologija potpuno električnog taljenja temelji se na načelu da je talina električno vodljiva u visokotemperaturnom rastaljenom stanju, što omogućuje izravnu dostavu električne energije talini za unutarnje zagrijavanje. Vertikalni raspored elektroda olakšava vertikalno taljenje. Potpuno električne peći za taljenje kapaciteta tisuću tona godišnje mogu postići dubinu taline veću od 1,2 metra, što omogućuje dulji dio za bistrenje i homogenizaciju. Visokotemperaturna izotermna zona unutar spremnika je dublja, što dovodi do bolje kvalitete taljenja i homogenizacije bazalta.

Energetska učinkovitost

Izravno unutarnje zagrijavanje taline, vertikalno taljenje, dublji spremnici i prekrivanje površine taline hladnim materijalom doprinose visokim brzinama taljenja i visokoj toplinskoj učinkovitosti. Prvo, elektrode izravno umetnute u talinu osiguravaju potpuno iskorištavanje Jouleove topline. Drugo, duboka razina taline, čija se dubina približava unutarnjem promjeru peći, rezultira manjom, gotovo minimalnom specifičnom površinom taline. Ova geometrijska struktura značajno smanjuje odvođenje topline u usporedbi sa strukturom nalik tanjuru metode plamena. Treće, prekrivanje površine taline hladnim materijalom tvori "hladni vrh peći", što dodatno smanjuje gubitak topline.

Nizak ugljični otisak

Potpuno električna tehnologija taljenja eliminira emisije ugljika povezane s izgaranjem prirodnog plina u plamenoj metodi. Emisije ugljika isključivo su određene energetskim miksom električne mreže. Ako se koriste hidroenergija ili drugi obnovljivi izvori energije, može se postići nulta emisija ugljika.

Niža ulaganja

Budući da potpuno električna metoda taljenja ne uključuje izgaranje prirodnog plina čistim kisikom, nema potrebe za ulaganjem u opremu za obradu ispušnih plinova ili opremu za proizvodnju kisika. Osim toga, pokrivenost površine taline hladnim materijalom znači da nije potrebno ulaganje u opremu za iskorištavanje otpadne topline. Jedinično ulaganje za potpuno električnu metodu taljenja stoga je niže.

Prednost troškova

Značajne uštede energije i niža amortizacija stalne imovine pretvaraju se u izrazitu troškovnu prednost.