Dua teknologi utama persiapan serat basal kontinu

1. Metode Api

Metode nyala api melibatkan proses produksi di mana panas diberikan langsung ke permukaan. Basal Meleleh di dalam tungku basal berstruktur bata tahan api. Panas ini biasanya dihasilkan oleh nyala api (seperti pembakaran gas alam-oksigen atau udara panas, atau nyala api plasma) dari bagian atas tungku. Metode pemanasan utama ini dapat dilengkapi dengan pemanasan elektroda bawah. Seluruh proses mencakup pelelehan, penjernihan, dan pembentukan.

Tungku api kecil dan berdiri sendiri, yang saat ini menjadi arus utama di industri, hanya menggunakan pemanasan pembakaran gas alam di bagian atas dan tidak memiliki elektroda tambahan di bagian bawah. Namun, karena konsumsi energinya yang tinggi, biaya produksi yang tinggi, dan efektivitas biaya produk yang rendah, sebagian besar perusahaan yang menggunakan teknologi ini mengalami kerugian besar dan berada di ambang kebangkrutan.

Arah pengembangan untuk metode nyala api adalah tungku tangki yang dipanaskan dengan apiyang menggunakan pendekatan "kombinasi gas-listrik" dengan pembakaran gas alam-oksigen di bagian atas dan pemanasan elektroda bawah tambahan. Metode "kombinasi gas-listrik" ini merupakan teknologi utama yang digunakan dalam manufaktur. Serat KacaTungku serat kaca ini beroperasi dengan sangat matang dan sukses, terutama tungku unit, yang hampir menjadi standar untuk desain tungku penarikan serat kaca tangki. Upaya telah dilakukan untuk mentransfer teknologi ini ke manufaktur serat basal kontinu, tetapi meskipun uji coba terbatas, keberhasilan belum tercapai. Dalam dua tahun terakhir, beberapa pihak telah mengambil pendekatan yang berbeda, beralih dari bahan baku batuan vulkanik alami murni ke bahan baku yang diformulasikan (yaitu, menggabungkan sebagian besar batuan non-vulkanik). Hal ini telah menghasilkan keberhasilan pengoperasian dan pemeliharaan lini produksi tungku tangki berpemanas api berkapasitas 10.000 ton/tahun dan 3.500 ton/tahun.

2. Metode Peleburan Serba Listrik

Metode peleburan serba listrik melibatkan proses produksi di mana energi listrik dialirkan langsung ke lelehan basal bersuhu tinggi di dalam tungku basal berstruktur bata tahan api. Hal ini dicapai melalui elektroda (seperti grafit, molibdenum, timah dioksida, dll.) atau (dan) metode fisik lainnya (seperti metode plasma). Teknologi ini mencakup peleburan, penjernihan, dan pembentukan.

Metode peleburan serat basal kontinu serba listrik di Tiongkok dimulai dengan Program Nasional 863 pada tahun 2002, yang menyelesaikan alat penarikan tungku mandiri skala kecil menggunakan metode ini. Terobosan signifikan dalam peleburan kontinu serat basal Teknologi penarikan leburan serba listrik berhasil dicapai pada tahun 2016, dengan selesainya pembangunan tungku tangki leburan serba listrik skala pilot berkapasitas seribu ton/tahun. Sistem ini menggunakan elektroda progresif multi-baris, memungkinkan kedalaman permukaan cairan leburan hingga 1300 mm. Diameter monofilamen produk terkonsentrasi antara 9-22 μm, dan konsumsi daya unit komprehensif adalah 3,0-3,5 kWh/kg, menunjukkan efek penghematan energi yang sangat baik. Pada tahun 2018, lini produksi tungku tangki leburan serba listrik berkapasitas 1200 ton/tahun ("satu-ke-delapan," menggunakan spinneret 400 lubang) secara resmi dioperasikan. Lini ini telah beroperasi stabil selama lebih dari tiga tahun, membuktikan bahwa masa pakai tungku dapat mencapai lebih dari tiga tahun.

Sampai saat ini, untuk bahan baku batuan vulkanik alami murni, teknologi manufaktur serat basalt berkelanjutan hanya dipertahankan pada tingkat teknologi tungku tangki ribuan ton/tahun, dan secara eksklusif menggunakan metode peleburan listrik sepenuhnya.

3. Perbandingan Dua Jalur Teknologi

Karakteristik suhu tinggi lelehan basal, yaitu konduktivitas termalnya yang buruk, viskositas yang tinggi, dan sifat material yang pendek, justru itulah yang membuat pembuatan serat basal kontinu menjadi sulit.

• Metode Api

Metode pembakaran dengan api, sebuah teknologi yang relatif mapan yang diperkenalkan dari bekas Uni Soviet (sekarang Rusia dan Ukraina) dan diadaptasi untuk kondisi spesifik Tiongkok, telah digunakan secara luas. Namun, kelemahan terbesarnya dalam industrialisasi adalah biaya produksi yang tinggi dan efektivitas biaya yang rendah, sebagian besar disebabkan oleh cacat struktural fisik yang melekat pada metode itu sendiri.

Pemanfaatan Panas Rendah

Dalam metode ini, gas alam dibakar dari bagian atas tungku, dengan nyala api langsung memanaskan permukaan lelehan basal. Lebih dari 60% panas dipantulkan oleh permukaan lelehan dan dibawa pergi oleh gas buang. Mengingat lelehan basal suhu tinggi memiliki konduktivitas termal sepuluh kali lebih rendah daripada lelehan kaca suhu tinggi, perpindahan panas sangat lambat. Tungku unit tunggal kecil hanya dapat mempertahankan kedalaman lelehan sekitar 15 cm. Sementara tungku tangki batch basal yang dipanaskan dengan api berkapasitas 10.000 ton/tahun dapat mencapai kedalaman lelehan 50 cm dengan pemanasan elektroda bawah tambahan, lelehan membentuk struktur seperti piring di dalam tungku, yang menyebabkan luas permukaan spesifik yang besar dan disipasi panas yang signifikan. Kehilangan panas melalui bahan isolasi melebihi 10%. Akibatnya, tingkat pemanfaatan panas aktual kurang dari 30%.

Kualitas Leleh Rendah

Karena tingkat peleburan yang dangkal pada metode api, bagian penjernihan dan homogenisasi tidak dapat mencapai homogenisasi menyeluruh, sehingga menghasilkan kualitas peleburan yang lebih rendah.

Emisi Gas Buang

Pembakaran gas alam menghasilkan gas buang seperti sulfur dan nitrogen oksida.

Emisi Gas Rumah Kaca

Sebagai bahan bakar fosil, pembakaran gas alam melepaskan sejumlah besar CO2, yaitu gas rumah kaca.

Investasi Peralatan Tinggi

Mengatasi emisi gas buang dari pembakaran gas alam memerlukan langkah-langkah pengendalian polusi. Pemanfaatan panas yang rendah juga membutuhkan langkah-langkah pemulihan panas limbah. Lebih lanjut, pembakaran oksigen murni membutuhkan peralatan penghasil oksigen. Ketiga faktor ini secara signifikan meningkatkan investasi peralatan. Investasi per unit untuk metode nyala api sekitar 11.000-20.000 RMB per ton.

• Metode Peleburan Serba Listrik

Dibandingkan dengan metode nyala api, metode peleburan serba listrik menawarkan keunggulan yang signifikan.

Kualitas Peleburan Tinggi

Teknologi peleburan serba listrik didasarkan pada prinsip bahwa lelehan bersifat konduktif secara elektrik dalam keadaan cair bersuhu tinggi, memungkinkan energi listrik disuplai langsung ke lelehan untuk pemanasan internal. Susunan elektroda vertikal memfasilitasi peleburan vertikal. Tungku tangki peleburan serba listrik berkapasitas ribuan ton per tahun dapat mencapai kedalaman lelehan lebih dari 1,2 meter, memberikan bagian penjernihan dan homogenisasi yang lebih panjang. Zona isotermal suhu tinggi di dalam tangki lebih dalam, sehingga menghasilkan kualitas peleburan dan homogenisasi basal yang lebih baik.

Efisiensi Energi

Pemanasan internal langsung pada lelehan, peleburan vertikal, tangki yang lebih dalam, dan lapisan material dingin pada permukaan lelehan berkontribusi pada laju peleburan yang tinggi dan efisiensi termal yang tinggi. Pertama, elektroda yang dimasukkan langsung ke dalam lelehan memastikan pemanfaatan penuh panas Joule. Kedua, tingkat lelehan yang dalam, dengan kedalamannya mendekati diameter internal tungku, menghasilkan luas permukaan spesifik yang lebih kecil dan mendekati minimal untuk lelehan. Struktur geometris ini secara signifikan mengurangi disipasi panas dibandingkan dengan struktur seperti piringan pada metode api. Ketiga, lapisan material dingin pada permukaan lelehan membentuk "bagian atas tungku yang dingin," yang selanjutnya mengurangi kehilangan panas.

Jejak Karbon Rendah

Teknologi peleburan serba listrik menghilangkan emisi karbon yang terkait dengan pembakaran gas alam dengan metode nyala api. Emisi karbonnya semata-mata ditentukan oleh bauran energi jaringan listrik. Jika tenaga air atau sumber energi terbarukan lainnya digunakan, emisi karbon nol dapat dicapai.

Investasi Lebih Rendah

Karena metode peleburan serba listrik tidak melibatkan pembakaran gas alam dengan oksigen murni, tidak perlu berinvestasi pada peralatan pengolahan lingkungan gas buang atau peralatan penghasil oksigen. Selain itu, lapisan material dingin pada permukaan lelehan berarti tidak diperlukan investasi pada peralatan pemulihan panas limbah. Oleh karena itu, investasi per unit untuk metode peleburan serba listrik lebih rendah.

Keunggulan Biaya

Penghematan energi yang signifikan dan penyusutan aset tetap yang lebih rendah menghasilkan keunggulan biaya yang nyata.