Tvær almennar tækni til að undirbúa samfellda basaltþráði

1. Logaaðferð

Logaaðferðin felur í sér framleiðsluferli þar sem hiti er veittur beint á yfirborð efnisins. Basalt bráðna í eldföstum basaltofni úr múrsteini. Þessi hiti myndast venjulega með loga (eins og bruna jarðgass og súrefnis eða heits lofts, eða plasmaloga) frá toppi ofnsins. Hægt er að bæta við þessa aðalhitunaraðferð með upphitun með botnrafskauti. Allt ferlið nær yfir bræðslu, skýringu og mótun.

Lítil, sjálfstæð logaofnar, sem eru nú vinsælir í greininni, nota eingöngu upphitun með jarðgasbrennslu að ofan og skortir auka rafskaut undir. Hins vegar, vegna mikillar orkunotkunar, mikils framleiðslukostnaðar og lítillar hagkvæmni vörunnar, eru flest fyrirtæki sem nota þessa tækni að upplifa mikið tap og eru á barmi gjaldþrots.

Þróunarstefna logaaðferðarinnar er sú logahitaður tankofn, sem notar „gas-rafmagns samsetningu“ aðferð með efri brennslu jarðgass og súrefnis og viðbótarhitun neðri rafskauts. Þessi „gas-rafmagns samsetning“ aðferð er algerlega aðaltæknin í framleiðslu Glerþráðurs, og þessir glerþráðaofnar starfa mjög þroskaðir og farsælir, sérstaklega einingaofnarnir, sem eru næstum orðnir staðallinn fyrir hönnun glerþráðaofna. Reynt hefur verið að yfirfæra þessa tækni yfir í samfellda basaltþráðaframleiðslu, en þrátt fyrir takmarkaðar tilraunir hefur árangur ekki enn náðst. Á síðustu tveimur árum hafa sumir farið aðra leið og skipt úr hreinu náttúrulegu hráefni úr eldfjallagrjóti yfir í hráefni sem ekki er eldfjallagrjót (þ.e. með því að fella inn stóran hluta af öðru bergi en eldfjallagrjóti). Þetta hefur leitt til þess að framleiðslulínur fyrir logahitaða ofna með framleiðslugetu upp á 10.000 tonn/ári og 3.500 tonn/ári hafa verið gangsettar og reknar með góðum árangri.

2. Rafmagns bræðsluaðferð

Rafbræðsluaðferðin felur í sér framleiðsluferli þar sem raforka er veitt beint í háhita basaltbræðinguna í eldföstum múrsteinsuppbyggðum basaltofni. Þetta er gert með rafskautum (eins og grafíti, mólýbdeni, tin-díoxíði o.s.frv.) eða (og) öðrum eðlisfræðilegum aðferðum (eins og plasmaaðferðum). Þessi tækni nær yfir bræðslu, hreinsun og mótun.

Kínverska aðferðin við samfellda rafknúna bræðslu basaltþráða hófst með landsáætluninni 863 árið 2002, þar sem lauk smærri sjálfstæðri ofnteikningavél með þessari aðferð. Mikilvægar byltingar í samfelldri bræðslu basaltþráður Rafknúin bræðsluteikningartækni náðist árið 2016 með því að ljúka við tilraunaverkefni með rafknúnum bræðslutankofni sem framleiðir þúsund tonn á ári. Þetta kerfi notar margra raða framsæknar rafskautar, sem gerir kleift að ná allt að 1300 mm dýpi bræðsluvökvans. Þvermál einþáttunga vörunnar er á bilinu 9-22 μm og heildarorkunotkun einingarinnar er 3,0-3,5 kWh/kg, sem sýnir framúrskarandi orkusparandi áhrif. Árið 2018 var formlega tekin í notkun framleiðslulína fyrir rafknúinn bræðslutankofn sem framleiðir 1200 tonn á ári („einn á móti átta“, með 400 holu snúningsrörum). Hún hefur gengið stöðugt í meira en þrjú ár, sem staðfestir að líftími ofnsins getur náð meira en þremur árum.

Hingað til, fyrir hreint náttúrulegt hráefni úr eldfjallabergi, er framleiðslutækni fyrir samfellda basalttrefjar aðeins viðhaldið á þúsund tonna/ári tankofnsstigi og eingöngu fyrir rafmagnsbræðslu.

3. Samanburður á tveimur tæknileiðum

Einkenni háhita basaltbráðnun, þ.e. léleg varmaleiðni, mikil seigja og stuttir efniseiginleikar, eru einmitt það sem gerir framleiðslu á samfelldum basalttrefjum krefjandi.

• Logaaðferð

Logaaðferðin, tiltölulega þroskuð tækni sem kynnt var til sögunnar frá fyrrum Sovétríkjunum (nú Rússlandi og Úkraínu) og aðlöguð að sérstökum aðstæðum Kína, hefur notið mikillar notkunar. Hins vegar er stærsti galli hennar í iðnvæðingu mikill framleiðslukostnaður og lítil hagkvæmni, að miklu leyti vegna eðlislægra byggingargalla í aðferðinni sjálfri.

Lítil hitanýting

Í þessari aðferð er jarðgasi brennt ofan frá og loginn hitar beint yfirborð basaltbræðingarinnar. Yfir 60% af hitanum endurkastast af yfirborði bráðins og berst burt með útblásturslofttegundum. Þar sem háhitastigs basaltbræðingur hefur tífalt lægri varmaleiðni en háhitastigs glerbræðingur, er varmaflutningurinn afar hægur. Lítil, einnota ofna geta aðeins viðhaldið bræðsludýpi upp á um 15 cm. Þó að basaltblöndunarofnar með logahitun, sem ná 10.000 tonnum/ári, geti náð 50 cm bræðsludýpi með viðbótarhitun með botnrafskauti, myndar bræðingin skállaga uppbyggingu innan ofnsins, sem leiðir til stórs yfirborðsflatarmáls og verulegrar varmadreifingar. Varmatap í gegnum einangrunarefni fer yfir 10%. Þar af leiðandi er raunveruleg varmanýtingarhlutfall minni en 30%.

Lágt bræðslugæði

Vegna grunns bræðslumarks í logaaðferðinni geta hreinsunar- og einsleitnihlutarnir ekki náð fullri einsleitni, sem leiðir til lægri bræðslugæða.

Útblásturslofttegunda

Við bruna jarðgass myndast útblásturslofttegundir eins og brennistein og köfnunarefnisoxíð.

Losun gróðurhúsalofttegunda

Sem jarðefnaeldsneyti losar bruni jarðgass umtalsvert magn af CO2, sem er gróðurhúsalofttegund.

Mikil fjárfesting í búnaði

Að bregðast við útblásturslofttegundum frá bruna jarðgass krefst mengunarvarnaaðgerða. Lítil varmanýting krefst einnig aðgerða til að endurheimta úrgangsvarma. Ennfremur krefst brennsla hreins súrefnis búnaðar til súrefnisframleiðslu. Þessir þrír þættir auka fjárfestingu í búnaði verulega. Einingarfjárfesting fyrir logaaðferðina er um það bil 11.000-20.000 RMB á tonn.

• Rafmagns bræðsluaðferð

Í samanburði við logaaðferðina býður rafmagnsbræðsluaðferðin upp á verulega kosti.

Hár bræðslugæði

Rafmagnsbræðslutæknin byggir á þeirri meginreglu að bræddan efni leiði rafmagn í háhitastigi, sem gerir kleift að veita raforku beint til bráðinnar til innri upphitunar. Lóðrétt uppröðun rafskautanna auðveldar lóðrétta bræðslu. Rafmagnsbræðsluofnar með þúsund tonna bræðslu á ári geta náð bræðsludýpi yfir 1,2 metra, sem veitir lengri skýringar- og einsleitingarhluta. Háhitajafnhitasvæðið í tankinum er dýpra, sem leiðir til betri bræðslu- og einsleitingargæða fyrir basalt.

Orkunýting

Bein innri upphitun bráðins, lóðrétt bræðsla, dýpri tankar og köld efnisþekja á yfirborði bráðins stuðla að miklum bræðsluhraða og mikilli varmanýtni. Í fyrsta lagi tryggja rafskaut sem eru sett beint inn í bráðina fulla nýtingu Joule-varmans. Í öðru lagi leiðir djúpt bráðna stigið, þar sem dýpt þess nálgast innra þvermál ofnsins, til minni, næstum lágmarks yfirborðsflatarmáls fyrir bráðina. Þessi rúmfræðilega uppbygging dregur verulega úr varmadreifingu samanborið við disklaga uppbyggingu logaaðferðarinnar. Í þriðja lagi myndar köld efnisþekja á yfirborði bráðins „kaldan ofntopp“, sem dregur enn frekar úr varmatapi.

Lítið kolefnisfótspor

Rafbræðslutæknin útrýmir kolefnislosun sem tengist brennslu jarðgass með logaaðferðinni. Kolefnislosunin er eingöngu ákvörðuð af orkublöndu raforkukerfisins. Ef vatnsafl eða aðrar endurnýjanlegar orkugjafar eru notaðar er hægt að ná núll kolefnislosun.

Minni fjárfesting

Þar sem rafmagnsbræðsluaðferðin felur ekki í sér hreina súrefnisbrennslu jarðgass, er engin þörf á að fjárfesta í búnaði til að meðhöndla útblástursloft eða súrefnisframleiðslu. Þar að auki þýðir kalt efni á bræðsluyfirborðinu að engin fjárfesting er nauðsynleg í búnaði til endurheimtar úrgangsvarma. Einingarfjárfestingin fyrir rafmagnsbræðsluaðferðina er því lægri.

Kostnaðarhagur

Mikilvægur orkusparnaður og lægri afskriftir fastafjármuna skila sér í greinilegum kostnaðarhagnaði.