Dua teknologi persiapan serat basal kontinyu arus utama

1. Metode Api

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

Tungku api kecil dan mandiri, yang saat ini umum digunakan di industri, hanya menggunakan pemanas pembakaran gas alam di bagian atas dan tidak memiliki elektroda bawah tambahan. Namun, karena konsumsi energi 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 metode api adalah tungku tangki pemanas api, yang 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 yang paling umum digunakan untuk manufaktur. Serat Kacas, dan kiln serat kaca ini beroperasi dengan sangat matang dan sukses, terutama kiln unit, yang hampir menjadi standar untuk desain kiln penggambaran tungku tangki serat kaca. Upaya telah dilakukan untuk mentransfer teknologi ini ke manufaktur serat basal kontinyu, 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 terformulasi (yaitu, menggabungkan sebagian besar batuan non-vulkanik). Hal ini telah menghasilkan komisioning dan pengoperasian lini produksi tungku tangki berpemanas api berkapasitas 10.000 ton/tahun dan 3.500 ton/tahun yang sukses.

2. Metode Peleburan Listrik Penuh

Metode peleburan listrik penuh melibatkan proses produksi di mana energi listrik dialirkan langsung ke lelehan basal bersuhu tinggi di dalam tanur 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, pemurnian, dan pembentukan.

Metode peleburan serat basal kontinyu serba listrik Tiongkok dimulai dengan Program 863 nasional pada tahun 2002, yang menyelesaikan peralatan penggambar tungku mandiri skala kecil menggunakan metode ini. Terobosan signifikan dalam peleburan serat basal kontinyu serat basal Teknologi penarikan peleburan listrik sepenuhnya tercapai pada tahun 2016, dengan selesainya pembangunan tungku tangki peleburan listrik sepenuhnya skala percontohan berkapasitas seribu ton/tahun. Sistem ini menggunakan elektroda progresif multi-baris, memungkinkan kedalaman permukaan cairan leleh 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 peleburan listrik sepenuhnya berkapasitas 1200 ton/tahun ("satu banding delapan," menggunakan spinneret 400 lubang) resmi dioperasikan. Lini ini telah beroperasi secara stabil selama lebih dari tiga tahun, membuktikan bahwa umur kiln dapat mencapai lebih dari tiga tahun.

Selama ini, untuk bahan baku batuan vulkanik alam murni, teknologi produksi serat basalt kontinyu hanya dipertahankan pada tingkat teknologi tungku tangki seribu ton/tahun, dan khusus untuk metode peleburan serba listrik.

3. Perbandingan Dua Rute Teknologi

Karakteristik suhu tinggi lelehan basal, yaitu konduktivitas termalnya yang buruk, viskositasnya yang tinggi, dan sifat materialnya yang pendek, merupakan hal-hal yang menjadikan pembuatan serat basal kontinu menjadi tantangan.

• Metode Api

Metode api, teknologi yang relatif matang 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, terutama karena cacat struktural fisik yang melekat pada metode itu sendiri.

Pemanfaatan Panas Rendah

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

Kualitas Leleh Rendah

Karena tingkat leleh yang dangkal pada metode nyala, bagian klarifikasi dan homogenisasi tidak dapat mencapai homogenisasi menyeluruh, sehingga menghasilkan kualitas leleh 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, gas rumah kaca.

Investasi Peralatan Tinggi

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

• Metode Peleburan Listrik Penuh

Dibandingkan dengan metode api, metode peleburan serba listrik menawarkan beberapa keuntungan penting.

Kualitas Leleh Tinggi

Teknologi peleburan listrik sepenuhnya didasarkan pada prinsip bahwa lelehan bersifat konduktif secara elektrik dalam keadaan cair bersuhu tinggi, sehingga memungkinkan energi listrik untuk disuplai langsung ke lelehan untuk pemanasan internal. Susunan elektroda vertikal memfasilitasi peleburan vertikal. Tungku tangki peleburan listrik sepenuhnya berkapasitas ribuan ton per tahun dapat mencapai kedalaman lelehan lebih dari 1,2 meter, menyediakan bagian klarifikasi dan homogenisasi yang lebih panjang. Zona isotermal bersuhu tinggi di dalam tangki lebih dalam, 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 langsung dimasukkan ke dalam lelehan memastikan pemanfaatan panas Joule secara maksimal. Kedua, tingkat lelehan yang dalam, dengan kedalamannya mendekati diameter internal tungku, menghasilkan luas permukaan spesifik lelehan yang lebih kecil dan mendekati minimum. Struktur geometris ini secara signifikan mengurangi disipasi panas dibandingkan dengan struktur seperti piringan pada metode nyala api. Ketiga, lapisan material dingin pada permukaan lelehan membentuk "puncak tungku dingin", yang selanjutnya mengurangi kehilangan panas.

Jejak Karbon Rendah

Teknologi peleburan listrik sepenuhnya menghilangkan emisi karbon yang terkait dengan pembakaran gas alam dengan metode nyala api. Emisi karbonnya sepenuhnya 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 listrik sepenuhnya tidak melibatkan pembakaran oksigen murni dari gas alam, tidak perlu berinvestasi dalam peralatan pengolahan lingkungan gas buang atau peralatan pembangkit oksigen. Selain itu, lapisan material dingin pada permukaan lelehan berarti tidak diperlukan investasi dalam peralatan pemulihan panas buang. Oleh karena itu, investasi per unit untuk metode peleburan listrik sepenuhnya lebih rendah.

Keunggulan Biaya

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