Divas galvenās nepārtrauktās bazalta šķiedru sagatavošanas tehnoloģijas

1. Liesmas metode

Liesmas metode ietver ražošanas procesu, kurā siltums tiek tieši piegādāts virsmai. Bazalts kausēt ugunsizturīgu ķieģeļu struktūras bazalta krāsnī. Šo siltumu parasti rada liesmas (piemēram, dabasgāzes un skābekļa vai karstā gaisa sadegšana, vai plazmas liesmas) no krāsns augšpuses. Šo primāro sildīšanas metodi var papildināt ar apakšējā elektroda sildīšanu. Viss process ietver kausēšanu, dzidrināšanu un formēšanu.

Mazas, autonomas liesmas krāsnis, kas pašlaik ir plaši izplatītas nozarē, izmanto tikai augšējo dabasgāzes sadegšanas sildīšanu un tām nav papildu apakšējo elektrodu. Tomēr to augstā enerģijas patēriņa, augsto ražošanas izmaksu un zemās produktu rentabilitātes dēļ lielākā daļa uzņēmumu, kas izmanto šo tehnoloģiju, cieš nopietnus zaudējumus un atrodas uz bankrota robežas.

Liesmas metodes attīstības virziens ir ar liesmu karsējama tvertnes krāsns, kas izmanto "gāzes-elektrības kombinācijas" pieeju ar augšējo dabasgāzes-skābekļa sadegšanu un papildu apakšējā elektroda sildīšanu. Šī "gāzes-elektrības kombinācijas" metode ir absolūti galvenā tehnoloģija ražošanā Stikla šķiedras, un šīs stikla šķiedras krāsnis darbojas ļoti nobrieduši un veiksmīgi, īpaši agregātu krāsnis, kas gandrīz ir kļuvušas par standartu stikla šķiedras tvertņu krāšņu vilkšanas krāšņu konstrukcijās. Ir pieliktas pūles, lai pārnestu šo tehnoloģiju uz nepārtrauktu bazalta šķiedras ražošanu, taču, neskatoties uz ierobežotiem izmēģinājumiem, panākumi vēl nav gūti. Pēdējo divu gadu laikā daži ir izvēlējušies atšķirīgu pieeju, pārejot no tīriem dabīgiem vulkānisko iežu izejmateriāliem uz formulētām izejvielām (t.i., iekļaujot lielu daļu nevulkānisko iežu). Tas ir novedis pie veiksmīgas 10 000 tonnu/gadā un 3500 tonnu/gadā ar liesmu karsējamu tvertņu krāšņu ražošanas līniju nodošanas ekspluatācijā un ekspluatācijas.

2. Pilnībā elektriskā kausēšanas metode

Pilnībā elektriskā kausēšanas metode ietver ražošanas procesu, kurā elektriskā enerģija tiek tieši piegādāta augstas temperatūras bazalta kausējumam ugunsizturīgu ķieģeļu struktūras bazalta krāsnī. Tas tiek panākts, izmantojot elektrodus (piemēram, grafītu, molibdēnu, alvas dioksīdu utt.) vai (un) citas fizikālas metodes (piemēram, plazmas metodes). Šī tehnoloģija aptver kausēšanu, dzidrināšanu un formēšanu.

Ķīnas nepārtrauktās bazalta šķiedras pilnībā elektriskā kausēšanas metode aizsākās ar valsts 863 programmu 2002. gadā, kuras laikā tika pabeigta neliela mēroga atsevišķa krāsns vilkšanas iekārta, izmantojot šo metodi. Būtiski sasniegumi nepārtrauktās kausēšanas tehnoloģijās bazalta šķiedra Pilnībā elektriskās kausēšanas vilkšanas tehnoloģijas tika ieviestas 2016. gadā, pabeidzot pilotprojekta mēroga tūkstoš tonnu/gadā pilnībā elektriskās kausēšanas tvertnes krāsns izstrādi. Šī sistēma izmanto daudzrindu progresīvos elektrodus, kas ļauj sasniegt kausējuma šķidruma līmeņa dziļumu līdz 1300 mm. Produkta monofilamenta diametrs ir koncentrēts no 9 līdz 22 μm, un kopējais iekārtas enerģijas patēriņš ir 3,0–3,5 kWh/kg, kas demonstrē izcilu enerģijas taupīšanas efektu. 2018. gadā oficiāli tika nodota ekspluatācijā 1200 tonnu/gadā pilnībā elektriskās kausēšanas tvertnes krāsns ražošanas līnija ("no viena līdz astoņiem", izmantojot 400 caurumu spinnerets). Tā ir stabili darbojusies vairāk nekā trīs gadus, apstiprinot, ka krāsns kalpošanas laiks var sasniegt vairāk nekā trīs gadus.

Līdz šim tīru dabisko vulkānisko iežu izejvielām nepārtrauktas bazalta šķiedras ražošanas tehnoloģija tiek uzturēta tikai tūkstoš tonnu/gadā tvertnes krāsns tehnoloģijas līmenī un tikai pilnībā elektriskajai kausēšanas metodei.

3. Divu tehnoloģisko maršrutu salīdzinājums

Augstas temperatūras raksturojums bazalta kausējums, proti, tā sliktā siltumvadītspēja, augstā viskozitāte un īslaicīgās materiāla īpašības, ir tieši tas, kas apgrūtina nepārtrauktas bazalta šķiedras ražošanu.

• Liesmas metode

Liesmas metode, relatīvi nobriedusi tehnoloģija, kas ievesta no bijušās Padomju Savienības (tagad Krievijas un Ukrainas) un pielāgota Ķīnas īpašajiem apstākļiem, ir plaši izmantota. Tomēr tās lielākais trūkums industrializācijā ir augstās ražošanas izmaksas un zemā izmaksu efektivitāte, galvenokārt pašas metodes raksturīgo fizisko strukturālo defektu dēļ.

Zema siltuma izmantošana

Šajā metodē dabasgāze tiek sadedzināta no krāsns augšdaļas, liesmai tieši sildot bazalta kausējuma virsmu. Vairāk nekā 60% siltuma atstaro kausējuma virsma un aizvada izplūdes gāzes. Ņemot vērā, ka augstas temperatūras bazalta kausējuma siltumvadītspēja ir desmit reizes zemāka nekā augstas temperatūras stikla kausējumam, siltuma pārnešana ir ārkārtīgi lēna. Mazas, vienas vienības krāsnis var uzturēt tikai aptuveni 15 cm kausējuma dziļumu. Lai gan 10 000 tonnu/gadā ar liesmu karsējamas bazalta partijas tvertņu krāsnis var sasniegt 50 cm kausējuma dziļumu ar papildu apakšējā elektroda sildīšanu, kausējums krāsnī veido trauka veida struktūru, kas rada lielu īpatnējo virsmu un ievērojamu siltuma izkliedi. Siltuma zudumi caur izolācijas materiāliem pārsniedz 10%. Līdz ar to faktiskais siltuma izmantošanas līmenis ir mazāks par 30%.

Zema kušanas kvalitāte

Liesmas metodes seklā kušanas līmeņa dēļ dzidrināšanas un homogenizācijas sekcijas nevar panākt pilnīgu homogenizāciju, kā rezultātā kušanas kvalitāte ir zemāka.

Izplūdes gāzu emisijas

Dabasgāzes sadegšanas laikā rodas izplūdes gāzes, piemēram, sēra un slāpekļa oksīdi.

Siltumnīcefekta gāzu emisijas

Kā fosilā kurināmā, dabasgāzes sadegšana izdala ievērojamu daudzumu CO2, kas ir siltumnīcefekta gāze.

Augstas investīcijas aprīkojumā

Lai risinātu dabasgāzes sadedzināšanas radīto izplūdes gāzu emisiju problēmu, ir nepieciešami piesārņojuma kontroles pasākumi. Zemā siltuma izmantošanas pakāpe prasa arī siltuma atgūšanas pasākumus. Turklāt tīra skābekļa sadedzināšanai ir nepieciešams skābekļa ražošanas aprīkojums. Šie trīs faktori ievērojami palielina ieguldījumus iekārtās. Liesmas metodes vienības ieguldījums ir aptuveni 11 000–20 000 RMB par tonnu.

• Pilnībā elektriskā kausēšanas metode

Salīdzinot ar liesmas metodi, pilnībā elektriskā kausēšanas metode piedāvā ievērojamas priekšrocības.

Augsta kušanas kvalitāte

Pilnībā elektriskā kausēšanas tehnoloģija balstās uz principu, ka kausējums augstas temperatūras izkausētā stāvoklī ir elektriski vadošs, ļaujot elektroenerģiju tieši pievadīt kausējumam iekšējai sildīšanai. Elektrodu vertikālais izvietojums atvieglo vertikālu kausēšanu. Tūkstoš tonnu gadā ražojošas pilnībā elektriskās kausēšanas tvertņu krāsnis var sasniegt kausējuma dziļumu virs 1,2 metriem, nodrošinot garāku dzidrināšanas un homogenizācijas posmu. Augstas temperatūras izotermiskā zona tvertnē ir dziļāka, kas nodrošina labāku bazalta kušanas un homogenizācijas kvalitāti.

Energoefektivitāte

Tieša kausējuma iekšējā karsēšana, vertikāla kausēšana, dziļākas tvertnes un aukstā materiāla pārklājums uz kausējuma virsmas veicina augstu kušanas ātrumu un augstu termisko efektivitāti. Pirmkārt, elektrodi, kas ievietoti tieši kausējumā, nodrošina pilnīgu Džoula siltuma izmantošanu. Otrkārt, dziļais kausējuma līmenis, kura dziļums tuvojas krāsns iekšējam diametram, rada mazāku, gandrīz minimālu kausējuma īpatnējo virsmu. Šī ģeometriskā struktūra ievērojami samazina siltuma izkliedi salīdzinājumā ar liesmas metodes trauku veida struktūru. Treškārt, aukstā materiāla pārklājums uz kausējuma virsmas veido "auksto krāsns augšdaļu", vēl vairāk samazinot siltuma zudumus.

Zema oglekļa pēda

Pilnībā elektriskā kausēšanas tehnoloģija novērš oglekļa emisijas, kas saistītas ar dabasgāzes sadedzināšanu liesmas metodē. Tās oglekļa emisijas nosaka tikai elektrotīkla enerģijas kombinācija. Ja tiek izmantota hidroenerģija vai citi atjaunojamie enerģijas avoti, var panākt nulles oglekļa emisijas.

Zemākas investīcijas

Tā kā pilnībā elektriskā kausēšanas metode neietver tīra dabasgāzes skābekļa sadedzināšanu, nav nepieciešams ieguldīt izplūdes gāzu vides attīrīšanas iekārtās vai skābekļa ģenerēšanas iekārtās. Turklāt aukstā materiāla pārklājums uz kausējuma virsmas nozīmē, ka nav nepieciešami ieguldījumi siltuma atgūšanas iekārtās. Tāpēc vienības ieguldījums pilnībā elektriskajā kausēšanas metodē ir zemāks.

Izmaksu priekšrocība

Ievērojami enerģijas ietaupījumi un zemāka pamatlīdzekļu nolietojuma izmaksas rada ievērojamas izmaksu priekšrocības.