Gyártóberendezések és precíziós szabályozási technológia folyamatos bazaltszálhoz

1. Folyamatos üzem fő gyártóberendezései Bazaltszál 
Folyamatos bazalt rost A gyártás egy „egylépéses folyamatot” alkalmaz, amelyet egyszerűsített munkafolyamat, de magas technikai akadályok jellemeznek. A szénszálas gyártáshoz képest a folyamatos bazaltszál lényegesen kevesebb energiát fogyaszt (a szénszál energiafogyasztásának kevesebb, mint 1/10-ét), és nem bocsát ki CO₂-t, SO₂-t vagy más káros gázokat, így környezetbarát és alacsony szén-dioxid-kibocsátású gyártási módszer. A folyamatos bazaltszál gyártásának elsődleges hőberendezése a kemence, amely olvasztótégelyes kemencékre és tartálykemencékre oszlik.

(1) Tégelyes kemence
A tégelyes kemence jellemzően perselyenként egy kemencével működik.
Előnyök: Kompakt méret, alacsony beruházási igény, rugalmasság a helyi folyamatbeállításokhoz, valamint alkalmas kis tételű vagy speciális gyártásra.
Hátrányok: Alacsony hőhatásfok, magas energiafogyasztás, inkonzisztens termékminőség, alacsony termelési hatékonyság és magas összköltségek.
Jelenleg a tégelyes kemencék uralják a folyamatos bazaltszál-gyártást, éves termelési kapacitásuk 100–300 tonna. Az elektróda és a tűzálló anyagok lebomlása miatt a tégelyes kemencék élettartama rövid, 6–12 hónap. Az ipar fejlődésének korai szakaszában a tégelyes kemencék ideálisak voltak a kisüzemi termeléshez és a berendezések kutatásához.
Tégelyes kemencék típusai:

• Lángos olvasztótégely: Földgázzal és levegővel fűtött.
  Előnyök: Rugalmas lángszabályozás, gyors indítás/leállítási lehetőség.
  Hátrányok: Alacsony lánghőmérséklet, gyenge olvasztási kapacitás, a nitrogén (a levegő 78%-a) miatti energiapazarlás, amely káros NOₓ-kibocsátást eredményez, valamint egyenetlen melegítés, ami az olvadék homogenitásának inkonzisztenciájához vezet.
• Teljesen elektromos olvasztótégely-kemence: Belső fűtés lemez- vagy rudelektródákkal.
  Előnyök: Magas hőhatékonyság, egyenletes belső fűtés.
  Hátrányok: Rövid élettartam az elektróda kopása miatt, a degradáció után teljes cserét igényel.

(2) Tartályos kemence
Ahogy a rostmennyiség és -minőség iránti igény növekszik, a tartálykemencék (egy kemence több perselyel) kritikus fontosságúvá váltak a nagyméretű termelésben. Szigorú hőmérséklet-szabályozást, jobb olvadékhomogenitást, stabil termékminőséget és magas hatásfokot tesznek lehetővé, éves kapacitásuk pedig elérheti a több ezer és tízezer tonnát.
Tartálykemencék típusai:

• Teljesen elektromos tartálykemence: Rúdelektródákat használ (vízszintesen vagy alulra szerelve).
  Előnyök: Magas hőhatékonyság és egyenletes fűtés.
  Hátrányok: Elektróda forró pontjai, egyenetlen kopás és rövid élettartam (~1 év).
• Teljes lánggal működő tartálykemence: Földgázzal és levegővel vagy tiszta oxigénnel fűtött. A tiszta oxigénes égés előnyösebb a hatékonyság és a csökkentett kibocsátás érdekében.
  Előnyök: Hosszú élettartam (3+ év), energiatakarékos tiszta oxigénnel.
  Hátrányok: Hőmérséklet-gradiensek a mély olvadékokban, bár a sekély olvadékok javítják az egyenletességet.
• Hibrid láng-elektromos tartálykemence: Felső lángfűtést és alsó/oldalsó elektródákat kombinál.
  Előnyök: Fokozott olvadékhomogenizáció.
  Hátrányok: Komplex kialakítás, egyenetlen felületi melegedés, nagy energiaveszteség a vízhűtéses elektródákból és rövid élettartam az elektróda kopása miatt.

(3) Persely
A persely, amely jellemzően platina-ródium ötvözetből készül, a szálalakítás központi eleme. A nagyméretű gyártás nagy kapacitású perselyeket igényel. A kezdeti perselyek 200 furattal rendelkeztek; a jelenlegi szabványok 400, 800 és 1200 furatot tartalmaznak. A perselytechnológia fejlődése szinergikusan hat a tartálykemencék fejlesztésére.

2. Precíziós vezérléstechnika 
A bazaltolvadék olyan kihívásokat jelent, mint a magas nyújtási/kristályosodási hőmérséklet, a gyors kristályosodás, a szűk alakítási hőmérsékleti ablakok, az egyenetlen szálkeményedés, az erős perselynedvesíthetőség és a rossz hőáteresztő képesség. Ezek a tényezők instabilitást okoznak a szálnyújtás során (pl. törés, kirepülés, átmérőváltozás). A stabilizálás három szemponton alapul:

• Olvadék homogenitása és stabilitása: Pontos nyersanyag-keveréssel, kemence hőmérséklet-szabályozással, olvadékszint-szabályozással és nyomásszabályozással érhető el.
• Persely és hőmérséklet-szabályozás: Biztosítja a persely egyenletes melegedését és megakadályozza a kristályosodást.
• Rajzfolyamat-optimalizálás: Magában foglalja a rajzolási sebesség, a hűtési paraméterek és a szálak feszültségének pontos szabályozását.

A kulcsfontosságú technológiák közé tartoznak a fejlett vezérlőrendszerek az anyagkeveréshez, a kemence hőmérsékletéhez, az olvadék szintjéhez, a kamranyomáshoz, a csatornahőmérséklethez, a persely hőmérsékletéhez és a húzási sebességhez. Ezek biztosítják a stabil, kiváló minőségű, folyamatos bazaltszál-termelést.