두 가지 주류 연속 현무암 섬유 제조 기술

1. 화염법

화염법은 열을 표면에 직접 전달하는 생산 공정을 포함합니다. 현무암 내화 벽돌 구조의 현무암 가마 내에서 용융됩니다. 이 열은 일반적으로 가마 상부에서 발생하는 화염(천연가스-산소 연소, 열풍 연소, 또는 플라즈마 화염 등)에 의해 생성됩니다. 이러한 주요 가열 방식은 하부 전극 가열로 보완될 수 있습니다. 전체 공정은 용융, 정화, 그리고 성형으로 구성됩니다.

현재 업계에서 주류를 이루는 소형 독립형 화염로는 상부 천연가스 연소 가열만 사용하고 보조 하부 전극이 없습니다. 그러나 높은 에너지 소비, 높은 생산 비용, 그리고 낮은 제품 비용 효율성으로 인해 이 기술을 사용하는 대부분의 기업은 심각한 손실을 겪고 있으며 파산 직전에 있습니다.

화염법의 개발 방향은 다음과 같다. 화염 가열 탱크로는 상부 천연가스-산소 연소와 보조 하부 전극 가열을 사용하는 "가스-전기 조합" 방식을 사용합니다. 이 "가스-전기 조합" 방식은 제조 분야에서 절대적인 주류 기술입니다. 유리 섬유이러한 유리 섬유 가마는 매우 성숙하고 성공적으로 운영되고 있으며, 특히 단위 가마는 유리 섬유 탱크로 인발 가마 설계의 표준이 거의 된 바 있습니다. 이 기술을 연속 현무암 섬유 제조에 적용하려는 노력이 있었지만, 제한적인 시도에도 불구하고 아직 성공을 거두지 못했습니다. 지난 2년 동안 일부 업체는 순수 천연 화산암 원료에서 배합 원료(즉, 비화산암을 상당 부분 포함하는)로 전환하는 등 다른 접근 방식을 취했습니다. 이를 통해 연간 10,000톤 및 연간 3,500톤 규모의 화염 가열 탱크로 생산 라인의 성공적인 시운전 및 운영이 가능해졌습니다.

2. 전기 용융법

전기 용융법은 내화벽돌 구조의 현무암 가마 내에서 고온의 현무암 용융물에 전기 에너지를 직접 공급하는 생산 공정을 포함합니다. 이는 전극(흑연, 몰리브덴, 이산화주석 등) 또는 기타 물리적 방법(플라즈마 방법 등)을 통해 달성됩니다. 이 기술은 용융, 정화, 성형 과정을 모두 포함합니다.

중국의 연속 현무암 섬유 전기 용융법은 2002년 국가 863 계획으로 시작되었으며, 이 방법을 사용하여 소규모 독립형 용광로 인발 장치를 완성했습니다. 연속 용융법 분야에서 중요한 돌파구가 마련되었습니다. 현무암 섬유 2016년에는 연간 1,000톤 규모의 파일럿 규모의 전기식 용해로가 완성되어 전기식 용해 인발 기술을 확보했습니다. 이 시스템은 다열식 순차 전극을 사용하여 최대 1,300mm의 용융액 수위를 구현합니다. 제품 모노필라멘트 직경은 9~22μm에 집중되어 있으며, 단위 전력 소비량은 kg당 3.0~3.5kWh로 탁월한 에너지 절감 효과를 보여줍니다. 2018년에는 연간 1,200톤 규모의 전기식 용해로 생산 라인(400구 방사구 사용, "1~8")이 정식 가동되었습니다. 3년 이상 안정적으로 가동되어 킬른 수명이 3년 이상 연장될 수 있음을 입증했습니다.

현재 순수한 천연 화산암 원료의 경우 연속 현무암 섬유 제조 기술은 연간 천톤 규모의 탱크로 기술 수준에 머물러 있으며, 전적으로 전기 용해법에만 국한되어 있습니다.

3. 두 가지 기술 경로의 비교

고온의 특성 현무암 용융물즉, 열전도도가 낮고 점도가 높으며 재료 특성이 짧다는 점이 연속 현무암 섬유의 제조를 어렵게 만드는 요인입니다.

• 화염법

구소련(현 러시아와 우크라이나)에서 도입되어 중국의 특수 환경에 맞춰 변형된 비교적 성숙한 기술인 화염법은 널리 사용되고 있습니다. 그러나 산업화에 있어 가장 큰 단점은 높은 생산 비용과 낮은 비용 효율성인데, 이는 화염법 자체의 물리적 구조적 결함으로 인한 것입니다.

낮은 열 활용

이 방식에서는 천연가스가 노 상부에서 연소되고, 화염이 현무암 용융물 표면을 직접 가열합니다. 열의 60% 이상이 용융물 표면에서 반사되어 배기가스에 의해 방출됩니다. 고온 현무암 용융물은 고온 유리 용융물보다 열전도도가 10배 낮기 때문에 열전달이 매우 느립니다. 소형 단일 유닛 노는 약 15cm의 용융물 깊이만 유지할 수 있습니다. 연간 10,000톤 규모의 화염 가열 현무암 배치 탱크 노는 보조 하부 전극 가열을 통해 50cm의 용융물 깊이에 도달할 수 있지만, 용융물은 노 내부에 접시 모양의 구조를 형성하여 비표면적이 커지고 열 손실이 큽니다. 단열재를 통한 열 손실은 10%를 초과합니다. 결과적으로 실제 열 이용률은 30% 미만입니다.

낮은 용융 품질

화염법에서는 용융 수준이 얕기 때문에 정화 및 균질화 구간에서 완벽한 균질화를 이룰 수 없어 용융 품질이 낮아집니다.

배기가스 배출

천연가스를 연소하면 유황산화물과 질소산화물과 같은 배기가스가 생성됩니다.

온실가스 배출량

화석 연료인 천연가스는 연소 시 온실 가스인 CO2를 상당량 방출합니다.

높은 장비 투자

천연가스 연소로 인한 배기가스 배출을 해결하려면 오염 방지 조치가 필요합니다. 열 이용률이 낮기 때문에 폐열 회수 조치도 필요합니다. 더 나아가, 순산소 연소에는 산소 발생 장비가 필요합니다. 이 세 가지 요인으로 인해 장비 투자가 크게 증가합니다. 화염 연소법의 단위 투자액은 톤당 약 11,000~20,000위안입니다.

• 전기 용융법

화염법에 비해 전기 용해법은 눈에 띄는 장점을 제공합니다.

높은 용융 품질

전기 용융 기술은 고온 용융 상태에서 용융물이 전기 전도성을 갖는다는 원리에 기반하여, 내부 가열을 위해 용융물에 직접 전기 에너지를 공급할 수 있습니다. 전극의 수직 배열은 수직 용융을 용이하게 합니다. 연간 수천 톤을 처리하는 전기 용융 탱크로는 1.2미터 이상의 용융 깊이를 구현할 수 있어 더 긴 정화 및 균질화 구간을 제공합니다. 탱크 내부의 고온 등온 영역이 더 깊어 현무암의 용융 및 균질화 품질이 향상됩니다.

에너지 효율성

용융물의 직접 내부 가열, 수직 용융, 더 깊은 탱크, 그리고 용융물 표면의 저온 물질 도포는 높은 용융 속도와 높은 열효율에 기여합니다. 첫째, 용융물에 직접 삽입된 전극은 줄 열을 최대한 활용합니다. 둘째, 깊이가 용광로 내경에 근접하는 깊은 용광로 레벨은 용융물의 비표면적을 더 작고 거의 최소화합니다. 이러한 기하학적 구조는 화염법의 접시 모양 구조에 비해 열 발산을 크게 줄입니다. 셋째, 용광로 표면의 저온 물질 도포는 "저온 용광로 상부"를 형성하여 열 손실을 더욱 줄입니다.

낮은 탄소 발자국

순수 전기 용융 기술은 화염 방식에서 천연가스 연소와 관련된 탄소 배출을 제거합니다. 탄소 배출량은 전적으로 전력망의 에너지 구성에 의해 결정됩니다. 수력이나 기타 재생 에너지원을 사용하면 탄소 배출량 제로를 달성할 수 있습니다.

낮은 투자

전기 용융법은 천연가스의 순수 산소 연소를 수반하지 않으므로 배기가스 환경 처리 장비나 산소 발생 장비에 대한 투자가 필요하지 않습니다. 또한, 용융 표면에 저온 물질이 도포되어 폐열 회수 장비에 대한 투자가 필요 없습니다. 따라서 전기 용융법의 단위 투자비가 더 낮습니다.

비용 이점

상당한 에너지 절감과 낮은 고정 자산 감가상각은 확실한 비용적 이점으로 이어집니다.