Attrezzature di produzione e tecnologia di controllo di precisione per fibra di basalto continua

1. Principali apparecchiature di produzione per la produzione continua Fibra di basalto 
Continuo fibra di basalto La produzione adotta un "processo monofase", caratterizzato da un flusso di lavoro semplificato ma da elevate barriere tecniche. Rispetto alla produzione di fibra di carbonio, la fibra di basalto continua consuma significativamente meno energia (meno di 1/10 del consumo energetico della fibra di carbonio) e non emette CO₂, SO₂ o altri gas nocivi, rendendola un metodo di produzione ecologico e a basse emissioni di carbonio. L'apparecchiatura termica principale per la produzione di fibra di basalto continua è il forno, che si divide in forni a crogiolo e forni a vasca.

(1) Forno a crogiolo
Un forno a crogiolo funziona in genere con un forno per boccola.
Vantaggi: dimensioni compatte, investimento ridotto, flessibilità per adattamenti localizzati dei processi e idoneità per produzioni specializzate o in piccoli lotti.
Svantaggi: bassa efficienza termica, elevato consumo energetico, qualità del prodotto incoerente, bassa efficienza produttiva ed elevati costi complessivi.
Attualmente, i forni a crogiolo dominano l'industria della fibra di basalto a produzione continua, con una capacità produttiva annua di 100-300 tonnellate. A causa del degrado degli elettrodi e dei materiali refrattari, i forni a crogiolo hanno una durata di vita breve, di soli 6-12 mesi. Durante le prime fasi di sviluppo del settore, i forni a crogiolo erano ideali per la produzione su piccola scala e la ricerca sulle apparecchiature.
Tipi di forni a crogiolo:

• Forno a crogiolo a fiamma: riscaldato mediante combustione di gas naturale e aria.
  Pro: controllo flessibile della fiamma, capacità di avvio/arresto rapido.
  Contro: bassa temperatura della fiamma, scarsa capacità di fusione, spreco di energia dovuto all'azoto (78% dell'aria) che genera emissioni nocive di NOₓ e riscaldamento non uniforme che porta a una fusione non omogenea.
• Forno a crogiolo completamente elettrico: riscaldato internamente tramite elettrodi a piastra o a barra.
  Pro: Elevata efficienza termica, riscaldamento interno uniforme.
  Contro: Durata breve a causa dell'usura degli elettrodi, che richiedono la sostituzione completa in caso di degrado.

(2) Forno a serbatoio
Con la crescente domanda di fibre in quantità e qualità, i forni a vasca (un forno con più boccole) sono diventati fondamentali per la produzione su larga scala. Consentono un rigoroso controllo della temperatura, una migliore omogeneità della fusione, una qualità del prodotto stabile e un'elevata efficienza, con capacità annue che raggiungono migliaia o decine di migliaia di tonnellate.
Tipi di forni a serbatoio:

• Forno a serbatoio completamente elettrico: utilizza elettrodi a barra (montati orizzontalmente o sul fondo).
  Pro: Elevata efficienza termica e riscaldamento uniforme.
  Contro: punti caldi degli elettrodi, usura non uniforme e breve durata (~1 anno).
• Forno a cisterna a fiamma unica: riscaldato a gas naturale con aria o ossigeno puro. La combustione con ossigeno puro è preferita per l'efficienza e la riduzione delle emissioni.
  Pro: lunga durata (oltre 3 anni), risparmio energetico con ossigeno puro.
  Contro: gradienti di temperatura nelle fusioni profonde, mentre le fusioni superficiali migliorano l'uniformità.
• Forno a serbatoio ibrido elettrico-a fiamma: combina il riscaldamento tramite fiamma superiore e gli elettrodi inferiori/laterali.
  Pro: omogeneizzazione migliorata della massa fusa.
  Contro: progettazione complessa, riscaldamento superficiale non uniforme, elevata perdita di energia dagli elettrodi raffreddati ad acqua e breve durata dovuta all'usura degli elettrodi.

(3) Boccola
La boccola, tipicamente realizzata in lega di platino-rodio, è un componente fondamentale per la formatura delle fibre. La produzione su larga scala richiede boccole ad alta capacità. Le boccole iniziali avevano 200 fori; gli standard attuali includono 400, 800 e 1.200 fori. I progressi nella tecnologia delle boccole vanno di pari passo con lo sviluppo dei forni a vasca.

2. Tecnologia di controllo di precisione 
La fusione di basalto presenta problematiche quali elevate temperature di trafilatura/cristallizzazione, cristallizzazione rapida, intervalli di temperatura di formatura ristretti, indurimento irregolare delle fibre, elevata bagnabilità delle boccole e scarsa trasparenza termica. Questi fattori causano instabilità durante la trafilatura delle fibre (ad esempio, rottura, distacco, variazione di diametro). La stabilizzazione si basa su tre aspetti:

• Omogeneità e stabilità della fusione: ottenute tramite una precisa miscelazione delle materie prime, il controllo della temperatura del forno, la regolazione del livello di fusione e la gestione della pressione.
• Controllo della boccola e della temperatura: garantisce un riscaldamento uniforme della boccola ed evita la cristallizzazione.
• Ottimizzazione del processo di trafilatura: include il controllo preciso della velocità di trafilatura, dei parametri di raffreddamento e della tensione delle fibre.

Le tecnologie chiave includono sistemi di controllo avanzati per la miscelazione dei materiali, la temperatura del forno, il livello di fusione, la pressione della camera, la temperatura del canale, la temperatura delle boccole e la velocità di trafilatura. Questi garantiscono una produzione di fibre di basalto continua, stabile e di alta qualità.