Due principali tecnologie di preparazione continua della fibra di basalto

1. Metodo della fiamma

Il metodo della fiamma prevede un processo di produzione in cui il calore viene fornito direttamente alla superficie del Basalto La fusione avviene all'interno di un forno in basalto con struttura in mattoni refrattari. Il calore viene tipicamente generato da fiamme (come quelle prodotte dalla combustione di gas naturale e ossigeno o aria calda, oppure da fiamme al plasma) provenienti dalla parte superiore del forno. Questo metodo di riscaldamento primario può essere integrato dal riscaldamento tramite elettrodi inferiori. L'intero processo comprende fusione, chiarificazione e formatura.

I piccoli forni a fiamma autonomi, attualmente i più diffusi nel settore, utilizzano esclusivamente il riscaldamento a combustione di gas naturale dall'alto e sono privi di elettrodi ausiliari inferiori. Tuttavia, a causa dell'elevato consumo energetico, degli alti costi di produzione e della scarsa redditività, la maggior parte delle aziende che utilizzano questa tecnologia sta subendo gravi perdite ed è sull'orlo del fallimento.

La direzione di sviluppo per il metodo della fiamma è la forno a serbatoio riscaldato a fiamma, che utilizza un approccio di "combinazione gas-elettrica" ​​con combustione superiore di gas naturale-ossigeno e riscaldamento ausiliario dell'elettrodo inferiore. Questo metodo di "combinazione gas-elettrica" ​​è la tecnologia assolutamente dominante per la produzione Fibra di vetroQuesti forni per fibra di vetro funzionano in modo molto maturo ed efficace, soprattutto i forni a unità, che sono diventati quasi lo standard per la progettazione di forni di estrusione per fibra di vetro in forni a vasca. Sono stati fatti sforzi per trasferire questa tecnologia alla produzione continua di fibra di basalto, ma nonostante le prove limitate, non si è ancora ottenuto successo. Negli ultimi due anni, alcuni hanno adottato un approccio diverso, passando da materie prime di roccia vulcanica naturale pura a materie prime formulate (ovvero, che incorporano una grande proporzione di roccia non vulcanica). Ciò ha portato alla messa in funzione e al funzionamento con successo di linee di produzione di forni a vasca riscaldati a fiamma da 10.000 tonnellate/anno e 3.500 tonnellate/anno.

2. Metodo di fusione completamente elettrico

Il metodo di fusione completamente elettrico prevede un processo produttivo in cui l'energia elettrica viene fornita direttamente al basalto fuso ad alta temperatura all'interno di un forno per basalto con struttura in mattoni refrattari. Ciò si ottiene tramite elettrodi (come grafite, molibdeno, biossido di stagno, ecc.) o/e altri metodi fisici (come i metodi al plasma). Questa tecnologia copre le fasi di fusione, chiarificazione e formatura.

Il metodo cinese di fusione continua di fibre di basalto completamente elettrico è iniziato con il programma nazionale 863 nel 2002, che ha completato un apparato di trafilatura autonomo in forno di piccole dimensioni utilizzando questo metodo. Progressi significativi nella fusione continua fibra di basalto Nel 2016 è stata realizzata la tecnologia di estrusione a fusione completamente elettrica, con il completamento di un forno a vasca di fusione completamente elettrico su scala pilota da mille tonnellate/anno. Questo sistema utilizza elettrodi progressivi a più file, che consentono una profondità del livello del liquido fuso fino a 1300 mm. Il diametro del monofilo prodotto è concentrato tra 9 e 22 μm e il consumo energetico unitario complessivo è di 3,0-3,5 kWh/kg, dimostrando eccellenti effetti di risparmio energetico. Nel 2018 è stata ufficialmente messa in funzione una linea di produzione con forno a vasca di fusione completamente elettrico da 1200 tonnellate/anno ("da uno a otto", utilizzando filiere a 400 fori). Ha funzionato stabilmente per oltre tre anni, confermando che la durata del forno può raggiungere oltre tre anni.

Ad oggi, per le materie prime di roccia vulcanica naturale pura, la tecnologia di produzione continua di fibre di basalto è mantenuta solo al livello della tecnologia dei forni a vasca da mille tonnellate/anno, ed esclusivamente per il metodo di fusione completamente elettrico.

3. Confronto tra i due percorsi tecnologici

Le caratteristiche delle alte temperature fusione basalticaLe sue caratteristiche, ovvero la scarsa conduttività termica, l'elevata viscosità e le limitate proprietà dei materiali, sono proprio ciò che rende difficile la produzione di fibre di basalto continue.

• Metodo della fiamma

Il metodo a fiamma, una tecnologia relativamente matura introdotta dall'ex Unione Sovietica (ora Russia e Ucraina) e adattata alle specifiche condizioni cinesi, ha trovato ampia applicazione. Tuttavia, il suo principale svantaggio nell'industrializzazione è rappresentato dagli elevati costi di produzione e dalla scarsa redditività, dovuti in gran parte a difetti strutturali intrinseci del metodo stesso.

Basso utilizzo del calore

In questo metodo, il gas naturale viene combusto dalla parte superiore del forno, con la fiamma che riscalda direttamente la superficie del basalto fuso. Oltre il 60% del calore viene riflesso dalla superficie del fuso e disperso dai gas di scarico. Dato che il basalto fuso ad alta temperatura ha una conduttività termica dieci volte inferiore a quella del vetro fuso ad alta temperatura, il trasferimento di calore è estremamente lento. I piccoli forni a unità singola possono mantenere una profondità di fusione di soli 15 cm circa. Mentre i forni a serbatoio discontinuo a riscaldamento a fiamma per basalto da 10.000 tonnellate/anno possono raggiungere una profondità di fusione di 50 cm con riscaldamento ausiliario dell'elettrodo inferiore, il fuso forma una struttura a forma di ciotola all'interno del forno, con conseguente ampia superficie specifica e significativa dissipazione di calore. La perdita di calore attraverso i materiali isolanti supera il 10%. Di conseguenza, il tasso di utilizzo effettivo del calore è inferiore al 30%.

Bassa qualità di fusione

A causa del basso livello di fusione nel metodo a fiamma, le sezioni di chiarificazione e omogeneizzazione non riescono a ottenere un'omogeneizzazione completa, con conseguente riduzione della qualità della fusione.

Emissioni di gas di scarico

La combustione del gas naturale produce gas di scarico come ossidi di zolfo e di azoto.

Emissioni di gas serra

Essendo un combustibile fossile, la combustione del gas naturale rilascia quantità significative di CO2, un gas serra.

Elevato investimento in attrezzature

Il problema delle emissioni di gas di scarico derivanti dalla combustione del gas naturale richiede misure di controllo dell'inquinamento. Il basso utilizzo del calore rende inoltre necessarie misure di recupero del calore di scarto. Infine, la combustione con ossigeno puro richiede apparecchiature per la generazione di ossigeno. Questi tre fattori aumentano significativamente l'investimento in attrezzature. L'investimento unitario per il metodo a fiamma è di circa 11.000-20.000 RMB per tonnellata.

• Metodo di fusione completamente elettrico

Rispetto al metodo a fiamma, il metodo di fusione completamente elettrico offre notevoli vantaggi.

Elevata qualità di fusione

La tecnologia di fusione completamente elettrica si basa sul principio che il materiale fuso ad alta temperatura è elettricamente conduttivo, consentendo l'erogazione diretta di energia elettrica per il riscaldamento interno. La disposizione verticale degli elettrodi facilita la fusione verticale. I forni a vasca di fusione completamente elettrici, con una capacità produttiva di migliaia di tonnellate all'anno, possono raggiungere una profondità di fusione di oltre 1,2 metri, offrendo una sezione di chiarificazione e omogeneizzazione più ampia. La zona isotermica ad alta temperatura all'interno della vasca è più profonda, garantendo una migliore qualità di fusione e omogeneizzazione del basalto.

Efficienza energetica

Il riscaldamento interno diretto del fuso, la fusione verticale, le vasche più profonde e la copertura di materiale freddo sulla superficie del fuso contribuiscono ad elevate velocità di fusione e ad un'elevata efficienza termica. In primo luogo, gli elettrodi inseriti direttamente nel fuso assicurano il pieno utilizzo del calore Joule. In secondo luogo, il livello di fusione profondo, con la sua profondità che si avvicina al diametro interno del forno, determina una superficie specifica del fuso più piccola, quasi minima. Questa struttura geometrica riduce significativamente la dissipazione di calore rispetto alla struttura a forma di ciotola del metodo a fiamma. In terzo luogo, la copertura di materiale freddo sulla superficie del fuso forma una "parte superiore fredda del forno", riducendo ulteriormente la perdita di calore.

Bassa impronta di carbonio

La tecnologia di fusione completamente elettrica elimina le emissioni di carbonio associate alla combustione del gas naturale con il metodo a fiamma. Le sue emissioni di carbonio sono determinate esclusivamente dal mix energetico della rete elettrica. Se si utilizzano energia idroelettrica o altre fonti di energia rinnovabile, è possibile raggiungere emissioni di carbonio pari a zero.

Investimento inferiore

Poiché il metodo di fusione completamente elettrico non prevede la combustione di ossigeno puro o gas naturale, non è necessario investire in apparecchiature per il trattamento ambientale dei gas di scarico o in apparecchiature per la generazione di ossigeno. Inoltre, la copertura di materiale freddo sulla superficie di fusione significa che non è necessario investire in apparecchiature per il recupero del calore di scarto. L'investimento unitario per il metodo di fusione completamente elettrico è quindi inferiore.

Vantaggio di costo

Un significativo risparmio energetico e una minore svalutazione delle immobilizzazioni si traducono in un netto vantaggio in termini di costi.