Две мејнстрим технологии за континуирана подготовка на базалтни влакна

1. Метод на пламен

Методот со пламен вклучува процес на производство каде што топлината се доставува директно на површината на Базалт се топи во базалтна печка со структура од огноотпорни тули. Оваа топлина обично се генерира од пламен (како што е согорување со природен гас-кислород или топол воздух или пламен од пламен) од врвот на печката. Овој примарен метод на загревање може да се дополни со загревање на долната електрода. Целиот процес опфаќа топење, бистрење и формирање.

Малите, самостојни пламенски печки, кои моментално се мејнстрим во индустријата, користат само греење со согорување на природен гас одозгора и немаат помошни долни електроди. Сепак, поради нивната висока потрошувачка на енергија, високите трошоци за производство и ниската исплатливост на производот, повеќето компании што ја користат оваа технологија доживуваат големи загуби и се на работ на банкрот.

Насоката на развој за методот со пламен е резервоарна печка загреана со пламен, кој користи пристап на „гас-електрична комбинација“ со согорување на природен гас-кислород одозгора и помошно греење на долната електрода. Овој метод на „гас-електрична комбинација“ е апсолутно вообичаена технологија за производство Стаклени влакнаs, и овие печки од стаклени влакна работат многу зрело и успешно, особено единичните печки, кои речиси станаа стандард за дизајни на печки за влечење резервоарски печки од стаклени влакна. Вложени се напори за трансфер на оваа технологија во континуирано производство на базалтни влакна, но и покрај ограничените испитувања, сè уште не е постигнат успех. Во последните две години, некои имаат преземено поинаков пристап, менувајќи се од чисти природни суровини од вулкански карпи кон формулирани суровини (т.е. вклучување на голем дел од невулканска карпа). Ова доведе до успешно пуштање во употреба и работа на линии за производство на резервоарски печки со капацитет од 10.000 тони годишно и 3.500 тони годишно загреани со пламен.

2. Метод на целосно електрично топење

Методот на целосно електрично топење вклучува производствен процес каде што електричната енергија се доставува директно во високотемпературниот базалтен растоп во базалтна печка со структура од огноотпорни тули. Ова се постигнува преку електроди (како што се графит, молибден, калај диоксид итн.) или (и) други физички методи (како што се плазма методи). Оваа технологија опфаќа топење, бистрење и формирање.

Кинескиот метод на континуирано топење на базалтни влакна со целосно електрично топење започна со националната програма 863 во 2002 година, со која беше завршен мал самостоен апарат за влечење во печка користејќи го овој метод. Значајни откритија во континуираното топење базалтно влакно Технологијата за целосно електрично топење со влечење беше постигната во 2016 година, со завршувањето на пилотска печка со резервоар за топење од илјада тони/годишно, целосно електрична. Овој систем користи прогресивни електроди со повеќе редови, овозможувајќи длабочина на нивото на стопената течност до 1300 mm. Дијаметарот на монофиламентот на производот е концентриран помеѓу 9-22 μm, а потрошувачката на енергија на сеопфатната единица е 3,0-3,5 kWh/kg, што покажува одлични ефекти на заштеда на енергија. Во 2018 година, официјално беше пуштена во употреба линија за производство на целосно електрична печка со резервоар за топење од 1200 тони/годишно („една до осум“, со употреба на вртелешки со 400 дупки). Таа работи стабилно повеќе од три години, потврдувајќи дека животниот век на печката може да достигне повеќе од три години.

До денес, за чисти природни суровини од вулкански карпи, технологијата за континуирано производство на базалтни влакна се одржува само на ниво на технологија на резервоарски печки од илјада тони годишно и исклучиво за целосно електричен метод на топење.

3. Споредба на двата технолошки правци

Карактеристики на висока температура базалтен растоп, имено неговата слаба топлинска спроводливост, висок вискозитет и својства на краток материјал, се токму она што го прави производството на континуирани базалтни влакна предизвикувачки.

• Метод на пламен

Методот со пламен, релативно зрела технологија воведена од поранешниот Советски Сојуз (сега Русија и Украина) и прилагодена за специфичните услови на Кина, има широка употреба. Сепак, неговиот најголем недостаток во индустријализацијата се високите трошоци за производство и ниската исплатливост, главно поради вродени физички структурни дефекти во самиот метод.

Ниска искористеност на топлина

Во овој метод, природниот гас се согорува од врвот на печката, при што пламенот директно ја загрева површината на базалтниот растоп. Над 60% од топлината се рефлектира од површината на растопот и се носи од издувните гасови. Со оглед на тоа што базалтниот растоп со висока температура има топлинска спроводливост десет пати помала од високотемпературниот стаклен растоп, преносот на топлина е екстремно бавен. Малите печки со една единица можат да одржат длабочина на топење од само околу 15 см. Додека печките со базалтен резервоар за гориво од 10.000 тони/годишно, загревани со пламен, можат да достигнат длабочина на топење од 50 см со помошно греење на долната електрода, растопот формира структура слична на чинија во печката, што доведува до голема специфична површина и значително дисипација на топлина. Загубата на топлина преку изолациските материјали надминува 10%. Следствено, вистинската стапка на искористување на топлината е помала од 30%.

Низок квалитет на топење

Поради плиткото ниво на топење во методот со пламен, деловите за бистрење и хомогенизација не можат да постигнат темелна хомогенизација, што резултира со понизок квалитет на топење.

Емисии на издувни гасови

Согорувањето на природен гас произведува издувни гасови како што се сулфур и азотни оксиди.

Емисии на стакленички гасови

Како фосилно гориво, согорувањето на природниот гас ослободува значителни количини на CO2, стакленички гас.

Висока инвестиција во опрема

Справувањето со емисиите на издувни гасови од согорувањето на природен гас бара мерки за контрола на загадувањето. Ниското искористување на топлината, исто така, бара мерки за обновување на отпадната топлина. Понатаму, согорувањето на чист кислород бара опрема за генерирање кислород. Овие три фактори значително ја зголемуваат инвестицијата во опремата. Единечната инвестиција за методот со пламен е приближно 11.000-20.000 јуани по тон.

• Метод на целосно електрично топење

Во споредба со методот со пламен, методот на целосно електрично топење нуди значајни предности.

Висок квалитет на топење

Технологијата на целосно електрично топење се базира на принципот дека стопената маса е електрично спроводлива во стопена состојба на висока температура, што овозможува електричната енергија директно да се снабдува со стопената маса за внатрешно загревање. Вертикалниот распоред на електродите го олеснува вертикалното топење. Печките со резервоар за топење со капацитет од илјадници тони годишно, целосно електрични, можат да постигнат длабочина на топење од над 1,2 метри, обезбедувајќи подолг дел за бистрење и хомогенизација. Изотермната зона на висока температура во резервоарот е подлабока, што доведува до подобар квалитет на топење и хомогенизација на базалтот.

Енергетска ефикасност

Директното внатрешно загревање на стопената маса, вертикалното топење, подлабоките резервоари и покриеноста со ладен материјал на површината на стопената маса придонесуваат за високи стапки на топење и висока термичка ефикасност. Прво, електродите директно вметнати во стопената маса обезбедуваат целосно искористување на Џуловата топлина. Второ, нивото на длабоко стопена маса, со длабочина што се приближува до внатрешниот дијаметар на печката, резултира со помала, речиси минимална специфична површина за стопената маса. Оваа геометриска структура значително ја намалува дисипацијата на топлина во споредба со структурата слична на чинија кај методот со пламен. Трето, покриеноста со ладен материјал на површината на стопената маса формира „врв на ладна печка“, со што дополнително се намалува загубата на топлина.

Низок јаглероден отпечаток

Технологијата на целосно електрично топење ги елиминира емисиите на јаглерод поврзани со согорувањето на природен гас во методот со пламен. Неговите емисии на јаглерод се одредуваат исклучиво од енергетскиот микс на електричната мрежа. Доколку се користи хидроенергија или други обновливи извори на енергија, може да се постигнат нулти емисии на јаглерод.

Пониски инвестиции

Бидејќи методот на целосно електрично топење не вклучува согорување на природен гас со чист кислород, нема потреба да се инвестира во опрема за третман на издувни гасови или опрема за генерирање кислород. Дополнително, покриеноста со ладен материјал на површината на топењето значи дека не е потребна инвестиција во опрема за обновување на отпадната топлина. Затоа, единечната инвестиција за методот на целосно електрично топење е помала.

Предност на трошоците

Значителните заштеди на енергија и помалата амортизација на основните средства се претвораат во јасна предност во трошоците.