2つの主流の連続玄武岩繊維製造技術

1. 炎法

炎法は、熱が直接材料の表面へ送られる製造工程です。 玄武岩 耐火レンガ構造の玄武岩窯内で溶融物を加熱します。この熱は通常、炉の上部から発生する炎（天然ガス-酸素燃焼、熱風燃焼、プラズマ炎など）によって発生します。この主な加熱方法は、底部電極加熱によって補完されます。このプロセス全体は、溶融、清澄、成形で構成されています。

現在、業界で主流となっている小型の独立型炎炉は、上部の天然ガス燃焼加熱のみを利用し、補助的な下部電極を備えていません。しかし、エネルギー消費量が多く、生産コストが高く、製品の費用対効果が低いため、この技術を採用している企業の多くは深刻な損失に見舞われ、倒産の危機に瀕しています。

炎法の開発方向は 炎加熱タンク炉これは、上部の天然ガスと酸素の燃焼と下部の補助電極加熱を組み合わせた「ガス・電気複合」方式を採用しています。この「ガス・電気複合」方式は、製造業における絶対的な主流技術です。 ガラス繊維これらのガラス繊維窯は非常に成熟し、成功を収めており、特にユニット窯はガラス繊維タンク炉の延伸窯設計のほぼ標準となっています。この技術を連続玄武岩繊維製造に転用する努力がなされてきましたが、限られた試行にもかかわらず、まだ成功には至っていません。過去2年間で、一部の企業は異なるアプローチを採用し、純粋な天然火山岩原料から配合原料（つまり、非火山岩を大量に含む）に変更しました。これにより、年間10,000トンおよび3,500トンの火炎加熱タンク炉生産ラインの試運転と稼働に成功しました。

2. 全電気溶解法

全電気溶解法は、耐火レンガ構造の玄武岩窯内で高温の玄武岩溶融物に電気エネルギーを直接供給する生産プロセスです。これは、電極（グラファイト、モリブデン、二酸化スズなど）または（および）その他の物理的方法（プラズマ法など）によって実現されます。この技術は、溶解、清澄化、成形をカバーします。

中国の連続玄武岩繊維全電気溶融法は、2002年に国家863計画によって開始され、この方法を用いた小規模な独立型炉引抜装置が完成しました。連続溶融法における重要な進歩は、 玄武岩繊維 2016年には、全電化溶融延伸技術の確立を目指し、パイロット規模の年間1,000トン全電化溶融槽炉が完成しました。このシステムは多列プログレッシブ電極を採用し、最大1300mmの溶融液面深度を実現しています。製品の単糸径は9～22μmに濃縮され、単位総消費電力は3.0～3.5kWh/kgと、優れた省エネ効果を発揮しています。2018年には、年間1,200トンの全電化溶融槽炉生産ライン（「一対八」、400孔紡糸口金使用）が正式に稼働を開始しました。3年以上安定稼働しており、窯の寿命が3年以上に達することが実証されています。

現在まで、純粋な天然火山岩原料に対する連続玄武岩繊維製造技術は、年間千トンのタンク炉技術レベルに留まっており、全電気溶解法のみを採用しています。

3. 2つの技術ルートの比較

高温の特性 玄武岩溶融物熱伝導率の悪さ、粘度の高さ、材料特性の低さといった特性が、連続玄武岩繊維の製造を困難にしているのです。

• 炎法

火炎法は、旧ソ連（現在のロシアとウクライナ）から導入され、中国の特殊な条件に合わせて改良された比較的成熟した技術であり、広く利用されています。しかし、工業化における最大の欠点は、主に方法自体に内在する物理的構造上の欠陥に起因する、生産コストの高さと費用対効果の低さです。

低熱利用

この方式では、炉上部から天然ガスを燃焼させ、炎で玄武岩融液表面を直接加熱します。熱の60%以上が融液表面で反射し、排ガスに運ばれます。高温の玄武岩融液の熱伝導率は高温のガラス融液の10倍も低いため、熱伝達は非常に遅く、小型の単体炉では融液深度を約15cmしか維持できません。年間1万トンの炎加熱式玄武岩バッチタンク炉では、補助底部電極加熱により融液深度を50cmまで到達できますが、融液は炉内で皿状構造を形成し、比表面積が大きく放熱量も大きいため、断熱材による熱損失が10%を超えます。そのため、実際の熱利用率は30%未満となります。

低融点

炎法では溶融レベルが浅いため、清澄化部と均質化部で完全な均質化が達成できず、溶融品質が低下します。

排気ガス排出量

天然ガスの燃焼により、硫黄酸化物や窒素酸化物などの排気ガスが発生します。

温室効果ガスの排出

天然ガスは化石燃料であるため、燃焼すると温室効果ガスである二酸化炭素が大量に排出されます。

高額な設備投資

天然ガス燃焼に伴う排ガス排出への対策には、汚染防止対策が必要です。また、熱利用率が低いため、廃熱回収対策も必要です。さらに、純酸素燃焼には酸素発生装置が必要です。これら3つの要因により、設備投資額は大幅に増加します。火炎法の単価投資額は、1トンあたり約11,000～20,000人民元です。

• 全電気溶解法

炎法と比較して、全電気溶解法には顕著な利点があります。

高融点

全電炉溶解技術は、高温溶融状態では溶融物が導電性を持つという原理に基づいており、電気エネルギーを溶融物に直接供給して内部加熱を行います。電極を垂直に配置することで、垂直溶解を容易にします。年間1,000トン処理可能な全電炉式溶融タンク炉は、1.2メートル以上の溶融深度を実現し、より長い清澄・均質化部を提供します。タンク内の高温等温帯がより深くなるため、玄武岩の溶融・均質化品質が向上します。

エネルギー効率

溶融金属の直接内部加熱、垂直溶融、より深いタンク、そして溶融金属表面を覆う冷熱物質が、高い溶融速度と高い熱効率に貢献しています。第一に、溶融金属に直接挿入された電極がジュール熱を最大限に活用します。第二に、溶融金属の深さが炉の内径に近づく深い溶融レベルにより、溶融金属の比表面積が小さくなり、ほぼ最小限に抑えられます。この幾何学的構造により、炎方式の皿状構造と比較して放熱が大幅に低減されます。第三に、溶融金属表面を覆う冷熱物質が「コールドファーネストップ」を形成し、熱損失をさらに低減します。

低炭素フットプリント

全電化溶融技術は、炎法による天然ガス燃焼に伴う炭素排出を排除します。炭素排出量は電力網のエネルギーミックスによってのみ決定されます。水力発電やその他の再生可能エネルギー源を利用すれば、炭素排出量ゼロを実現できます。

投資額の削減

全電炉溶解法は天然ガスの純酸素燃焼を必要としないため、排ガス環境処理装置や酸素発生装置への投資は不要です。さらに、溶融金属表面が冷材で覆われているため、廃熱回収装置への投資も不要です。そのため、全電炉溶解法の投資単位は低くなります。

コスト優位性

大幅なエネルギー節約と固定資産の減価償却費の削減により、明確なコスト上の利点が生まれます。