Két főbb folyamatos bazaltszál-előállítási technológia

1. Lángmódszer

A lángmódszer egy olyan gyártási folyamat, ahol a hőt közvetlenül a felületre juttatják. Bazalt olvadás tűzálló tégla szerkezetű bazaltkemencében. Ezt a hőt jellemzően lángok (például földgáz-oxigén vagy forró levegős égés, vagy plazmalángok) hozzák létre a kemence tetejéről. Ez az elsődleges fűtési módszer kiegészíthető alsó elektródás fűtéssel. A teljes folyamat magában foglalja az olvasztást, a derítést és az alakítást.

A jelenleg az iparágban elterjedt kisméretű, önálló lángkemencék csak felső földgáztüzelésű fűtést használnak, és nincsenek kiegészítő alsó elektródáik. Azonban magas energiafogyasztásuk, magas termelési költségük és alacsony költséghatékonyságuk miatt a technológiát alkalmazó vállalatok többsége súlyos veszteségeket szenved el, és a csőd szélén áll.

A lángmódszer fejlesztési iránya a következő: lángfűtésű tartálykemence, amely egy „gáz-elektromos kombinációs” megközelítést alkalmaz felső földgáz-oxigén égéssel és kiegészítő alsó elektródafűtéssel. Ez a „gáz-elektromos kombinációs” módszer az abszolút mainstream technológia a gyártásban Üvegszáls, és ezek az üvegszálas kemencék nagyon éretten és sikeresen működnek, különösen az egységkemencék, amelyek szinte szabványossá váltak az üvegszálas tartálykemencék húzókemencéinek kialakításában. Erőfeszítéseket tettek arra, hogy ezt a technológiát átültessék a folyamatos bazaltszálgyártásba, de a korlátozott kísérletek ellenére sem sikerült még sikert elérni. Az elmúlt két évben néhányan más megközelítést alkalmaztak, a tiszta természetes vulkáni kőzet alapanyagokról a formulált alapanyagokra váltva (azaz nagy arányban nem vulkáni kőzetet is beépítve). Ez vezetett a 10 000 tonna/év és a 3500 tonna/év lángfűtésű tartálykemencék gyártósorainak sikeres üzembe helyezéséhez és üzemeltetéséhez.

2. Teljesen elektromos olvasztási módszer

A teljesen elektromos olvasztási módszer egy olyan gyártási folyamatot foglal magában, amelynek során az elektromos energiát közvetlenül a magas hőmérsékletű bazaltolvadékba vezetik egy tűzálló tégla szerkezetű bazaltkemencében. Ezt elektródák (például grafit, molibdén, ón-dioxid stb.) vagy (és) más fizikai módszerek (például plazmamódszerek) segítségével érik el. Ez a technológia magában foglalja az olvasztást, a derítést és az alakítást.

Kína folyamatos, teljesen elektromos bazaltszál-olvasztásos módszere a 2002-es nemzeti 863-as programmal kezdődött, amelynek keretében egy kisméretű, önálló kemencés húzóberendezést készítettek el ezzel a módszerrel. Jelentős áttörések a folyamatos... bazalt rost A teljesen elektromos olvasztóhúzó technológia 2016-ban valósult meg egy kísérleti méretű, ezer tonna/év teljesítményű, teljesen elektromos olvasztótartálykemence elkészültével. Ez a rendszer többsoros progresszív elektródákat használ, amelyek akár 1300 mm-es olvadékfolyadék-szintmélységet is lehetővé tesznek. A termék monofil átmérője 9-22 μm között koncentrálódik, az egység teljes energiafogyasztása pedig 3,0-3,5 kWh/kg, ami kiváló energiamegtakarítási hatásokat mutat. 2018-ban hivatalosan is üzembe helyeztek egy 1200 tonna/év teljesítményű, teljesen elektromos olvasztótartálykemence gyártósort ("egytől nyolcig", 400 lyukú fonófejekkel). A gyártósor több mint három éve stabilan működik, igazolva, hogy a kemence élettartama elérheti a három évet is.

A tiszta természetes vulkáni kőzet alapanyagok esetében a folyamatos bazaltszál-gyártási technológiát a mai napig csak az ezer tonna/év kapacitású tartálykemencés technológiai szinten tartják fenn, és kizárólag a teljesen elektromos olvasztási módszer esetében.

3. A két technológiai útvonal összehasonlítása

A magas hőmérséklet jellemzői bazaltolvadék, nevezetesen a gyenge hővezető képessége, a magas viszkozitása és a rövid anyagtulajdonságai pontosan azok, amelyek a folyamatos bazaltszál gyártását kihívást jelentenek.

• Láng módszer

A lángmódszer, egy viszonylag kiforrott technológia, amelyet a volt Szovjetunióból (ma Oroszország és Ukrajna) vezettek be, és Kína sajátos körülményeihez igazítottak, széles körben elterjedt. Az iparosítás során azonban legnagyobb hátránya a magas termelési költségek és az alacsony költséghatékonyság, ami nagyrészt magában a módszerben rejlő fizikai szerkezeti hibáknak tudható be.

Alacsony hőhasznosítás

Ennél a módszernél a földgázt a kemence tetejéről elégetik, a láng közvetlenül a bazaltolvadék felületét melegíti. A hő több mint 60%-át az olvadék felülete visszaveri, és a kipufogógázok elvezetik. Tekintettel arra, hogy a magas hőmérsékletű bazaltolvadék hővezető képessége tízszer alacsonyabb, mint a magas hőmérsékletű üvegolvadéké, a hőátadás rendkívül lassú. A kis, egyegységes kemencék csak körülbelül 15 cm-es olvadékmélységet tudnak fenntartani. Míg a 10 000 tonna/év lángfűtésű bazalt tartályos kemencék kiegészítő alsó elektródafűtéssel 50 cm-es olvadékmélységet tudnak elérni, az olvadék a kemencében tálszerű szerkezetet képez, ami nagy fajlagos felületet és jelentős hőelvezetést eredményez. A hőveszteség a szigetelőanyagokon keresztül meghaladja a 10%-ot. Következésképpen a tényleges hőhasznosítási arány kevesebb, mint 30%.

Alacsony olvadáspontú minőség

A lángmódszerben alkalmazott sekély olvadékszint miatt a derítési és homogenizálási szakaszok nem képesek teljes homogenizálást elérni, ami alacsonyabb olvadási minőséget eredményez.

Kipufogógáz-kibocsátás

A földgáz elégetése füstgázokat, például kén- és nitrogén-oxidokat termel.

Üvegházhatású gázok kibocsátása

Fosszilis tüzelőanyagként a földgáz elégetése jelentős mennyiségű CO2-t, üvegházhatású gázt bocsát ki.

Magas beruházási költségek

A földgáztüzelésből származó kipufogógáz-kibocsátás kezelése szennyezés-szabályozási intézkedéseket tesz szükségessé. Az alacsony hőhasznosítás a hulladékhő-visszanyerési intézkedéseket is igényli. Továbbá a tiszta oxigén elégetéséhez oxigéntermelő berendezésekre van szükség. Ez a három tényező jelentősen növeli a berendezésekbe való beruházás költségeit. A lángeljárás egységnyi beruházási költsége körülbelül 11 000-20 000 RMB tonnánként.

• Teljesen elektromos olvasztási módszer

A lángos módszerrel összehasonlítva a teljesen elektromos olvasztási módszer jelentős előnyöket kínál.

Magas olvadáspontú

A teljesen elektromos olvasztási technológia azon az elven alapul, hogy az olvadék magas hőmérsékletű olvadt állapotban elektromosan vezető, lehetővé téve az elektromos energia közvetlen betáplálását az olvadékba a belső melegítéshez. Az elektródák függőleges elrendezése megkönnyíti a függőleges olvasztást. Az évi ezer tonnás, teljesen elektromos olvasztótartály-kemencék több mint 1,2 méteres olvadékmélységet tudnak elérni, ami hosszabb derítési és homogenizációs szakaszt biztosít. A tartályon belüli magas hőmérsékletű izoterm zóna mélyebb, ami jobb olvadási és homogenizációs minőséget eredményez a bazalt esetében.

Energiahatékonyság

Az olvadék közvetlen belső melegítése, a függőleges olvasztás, a mélyebb tartályok és az olvadék felületén lévő hideg anyagbevonat hozzájárul a magas olvadási sebességhez és a magas hőhatásfokhoz. Először is, az olvadékba közvetlenül behelyezett elektródák biztosítják a Joule-hő teljes kihasználását. Másodszor, a mély olvadékszint, amelynek mélysége megközelíti a kemence belső átmérőjét, kisebb, közel minimális fajlagos felületet eredményez az olvadék számára. Ez a geometriai szerkezet jelentősen csökkenti a hőelvezetést a lángmódszer tányérszerű szerkezetéhez képest. Harmadszor, az olvadék felületén lévő hideg anyagbevonat egy „hideg kemence tetejét” képez, ami tovább csökkenti a hőveszteséget.

Alacsony szénlábnyom

A teljesen elektromos olvasztási technológia kiküszöböli a földgáz lángégetésével járó szén-dioxid-kibocsátást. Szén-dioxid-kibocsátását kizárólag az elektromos hálózat energiamixe határozza meg. Vízenergia vagy más megújuló energiaforrások használata esetén nulla szén-dioxid-kibocsátás érhető el.

Alacsonyabb befektetés

Mivel a teljesen elektromos olvasztási módszer nem jár a földgáz tiszta oxigénnel történő elégetésével, nincs szükség beruházásra füstgáz-környezetkezelő berendezésekbe vagy oxigéntermelő berendezésekbe. Ezenkívül az olvadék felületén lévő hideg anyagbevonat azt jelenti, hogy nincs szükség beruházásra hulladékhő-visszanyerő berendezésekbe. A teljesen elektromos olvasztási módszer egységnyi beruházása ezért alacsonyabb.

Költségelőny

A jelentős energiamegtakarítás és az alacsonyabb tárgyi eszközök értékcsökkenése egyértelmű költségelőnyt jelent.