बॅसाल्ट फायबर तयार करण्याच्या दोन मुख्य प्रवाहातील सतत तंत्रज्ञान

१. ज्योत पद्धत

फ्लेम पद्धतीमध्ये एका उत्पादन प्रक्रियेचा समावेश असतो, ज्यामध्ये उष्णता थेट पृष्ठभागावर पोहोचवली जाते. बेसॉल्ट उष्णतारोधक विटांच्या संरचनेच्या बेसॉल्ट भट्टीमध्ये वितळवण्याची प्रक्रिया. ही उष्णता सामान्यतः भट्टीच्या वरच्या भागातून निघणाऱ्या ज्वाळांद्वारे (जसे की नैसर्गिक वायू-ऑक्सिजन किंवा उष्ण हवेचे ज्वलन, किंवा प्लाझ्मा ज्वाळा) निर्माण केली जाते. या प्राथमिक उष्णता देण्याच्या पद्धतीला खालच्या इलेक्ट्रोडद्वारे उष्णता देऊन पूरक केले जाऊ शकते. या संपूर्ण प्रक्रियेमध्ये वितळवणे, शुद्धीकरण आणि आकार देणे यांचा समावेश होतो.

सध्या उद्योगात मुख्य प्रवाहात असलेल्या लहान, स्वतंत्र फ्लेम फर्नेसमध्ये केवळ वरच्या बाजूने नैसर्गिक वायू ज्वलनाने उष्णता दिली जाते आणि त्यात सहाय्यक खालच्या इलेक्ट्रोडचा अभाव असतो. तथापि, त्यांच्या उच्च ऊर्जा वापरामुळे, उच्च उत्पादन खर्चामुळे आणि कमी उत्पादन खर्च-कार्यक्षमतेमुळे, हे तंत्रज्ञान वापरणाऱ्या बहुतेक कंपन्यांना मोठे नुकसान होत आहे आणि त्या दिवाळखोरीच्या उंबरठ्यावर आहेत.

ज्वाला पद्धतीच्या विकासाची दिशा ही आहे ज्योत-उष्णता टाकी भट्टीज्यामध्ये वरच्या बाजूला नैसर्गिक वायू-ऑक्सिजन ज्वलन आणि सहाय्यक खालच्या इलेक्ट्रोड तापनासह "गॅस-इलेक्ट्रिक संयोजन" पद्धतीचा वापर केला जातो. ही "गॅस-इलेक्ट्रिक संयोजन" पद्धत उत्पादनासाठी पूर्णपणे मुख्य प्रवाहातील तंत्रज्ञान आहे. ग्लास फायबरआणि या ग्लास फायबर भट्ट्या अतिशय परिपक्वपणे आणि यशस्वीपणे चालतात, विशेषतः युनिट भट्ट्या, ज्या ग्लास फायबर टँक फर्नेस ड्रॉइंग भट्ट्यांच्या डिझाइनसाठी जवळजवळ मानक बनल्या आहेत. हे तंत्रज्ञान सतत चालणाऱ्या बेसॉल्ट फायबर उत्पादनामध्ये हस्तांतरित करण्याचे प्रयत्न केले गेले आहेत, परंतु मर्यादित चाचण्या होऊनही अद्याप यश मिळालेले नाही. गेल्या दोन वर्षांत, काहींनी एक वेगळा दृष्टिकोन स्वीकारला आहे, ज्यात केवळ नैसर्गिक ज्वालामुखी खडकांच्या कच्च्या मालाऐवजी सूत्रबद्ध कच्च्या मालाचा (म्हणजे, गैर-ज्वालामुखी खडकांचे मोठे प्रमाण समाविष्ट करून) वापर सुरू केला आहे. यामुळे १०,००० टन/वर्ष आणि ३,५०० टन/वर्ष क्षमतेच्या फ्लेम-हीटेड टँक फर्नेस उत्पादन लाइन्सचे यशस्वी कार्यान्वयन आणि संचालन झाले आहे.

२. संपूर्ण विद्युत वितळण पद्धत

संपूर्ण-विद्युत वितळण पद्धतीमध्ये, एका उष्णतारोधक विटांच्या संरचनेच्या बेसॉल्ट भट्टीत, उच्च-तापमानाच्या वितळलेल्या बेसॉल्टमध्ये थेट विद्युत ऊर्जा दिली जाते. हे इलेक्ट्रोड्स (जसे की ग्रॅफाइट, मॉलिब्डेनम, टिन डायऑक्साइड, इत्यादी) किंवा इतर भौतिक पद्धती (जसे की प्लाझ्मा पद्धती) वापरून साध्य केले जाते. या तंत्रज्ञानामध्ये वितळवणे, शुद्धीकरण आणि आकार देणे यांचा समावेश होतो.

चीनची बॅसाल्ट फायबरची अखंडित पूर्ण-विद्युत वितळवण्याची पद्धत २००२ मध्ये राष्ट्रीय ८६३ कार्यक्रमांतर्गत सुरू झाली, ज्याअंतर्गत या पद्धतीचा वापर करून एक लहान-प्रमाणातील स्वतंत्र भट्टी ड्रॉइंग उपकरण पूर्ण करण्यात आले. अखंडित वितळवण्याच्या प्रक्रियेत महत्त्वपूर्ण प्रगती झाली. बॅसाल्ट फायबर २०१६ मध्ये, प्रायोगिक स्तरावरील हजार टन/वर्ष क्षमतेच्या संपूर्ण-विद्युत वितळण टाकी भट्टीच्या (ऑल-इलेक्ट्रिक मेल्टिंग टँक फर्नेस) पूर्ततेसह, संपूर्ण-विद्युत वितळण-रेखांकन तंत्रज्ञान (ऑल-इलेक्ट्रिक मेल्टिंग ड्रॉइंग टेक्नॉलॉजी) साध्य झाले. ही प्रणाली बहु-पंक्ती प्रगतिशील इलेक्ट्रोड्सचा (मल्टी-रो प्रोग्रेसिव्ह इलेक्ट्रोड्स) वापर करते, ज्यामुळे वितळलेल्या द्रवाच्या पातळीची खोली १३०० मिमी पर्यंत शक्य होते. उत्पादित मोनोफिलामेंटचा व्यास ९-२२ मायक्रॉन दरम्यान केंद्रित असतो आणि संपूर्ण युनिटचा वीज वापर ३.०-३.५ किलोवॅट-तास/किलो आहे, जे उत्कृष्ट ऊर्जा-बचतीचे परिणाम दर्शवते. २०१८ मध्ये, १२०० टन/वर्ष क्षमतेची संपूर्ण-विद्युत वितळण टाकी भट्टी उत्पादन लाइन ("वन-टू-एट," ज्यात ४००-छिद्रांचे स्पिनरेट्स वापरले आहेत) अधिकृतपणे कार्यान्वित करण्यात आली. ती तीन वर्षांहून अधिक काळ स्थिरपणे चालली आहे, ज्यामुळे भट्टीचे आयुष्य तीन वर्षांपेक्षा जास्त असू शकते हे सिद्ध झाले आहे.

आजपर्यंत, शुद्ध नैसर्गिक ज्वालामुखी खडकाच्या कच्च्या मालासाठी, सतत बेसॉल्ट फायबर उत्पादन तंत्रज्ञान केवळ हजार टन/वर्ष क्षमतेच्या टँक फर्नेस तंत्रज्ञान स्तरावरच राखले गेले आहे आणि तेही केवळ पूर्णपणे इलेक्ट्रिक वितळण्याच्या पद्धतीसाठी.

३. दोन तांत्रिक मार्गांची तुलना

उच्च तापमानाची वैशिष्ट्ये बेसॉल्ट वितळणेत्याची कमी औष्णिक वाहकता, उच्च स्निग्धता आणि अल्प भौतिक गुणधर्म, नेमक्या याच गोष्टींमुळे सलग बॅसाल्ट फायबरचे उत्पादन आव्हानात्मक बनते.

• ज्वाला पद्धत

पूर्वीच्या सोव्हिएत संघातून (आता रशिया आणि युक्रेन) आलेली आणि चीनच्या विशिष्ट परिस्थितीनुसार अनुकूलित केलेली, ज्वाला पद्धत ही एक तुलनेने प्रगत तंत्रज्ञान असून तिचा मोठ्या प्रमाणावर वापर झाला आहे. तथापि, औद्योगिकीकरणामधील तिचा सर्वात मोठा तोटा म्हणजे उच्च उत्पादन खर्च आणि कमी खर्च-कार्यक्षमता, जे मुख्यत्वेकरून या पद्धतीमधील अंगभूत भौतिक संरचनात्मक दोषांमुळे आहे.

कमी उष्णता वापर

या पद्धतीत, भट्टीच्या वरच्या बाजूने नैसर्गिक वायू जाळला जातो, आणि ज्योत थेट बेसॉल्टच्या वितळलेल्या पृष्ठभागाला तापवते. ६०% पेक्षा जास्त उष्णता वितळलेल्या पृष्ठभागावरून परावर्तित होते आणि एक्झॉस्ट वायूंद्वारे वाहून नेली जाते. उच्च-तापमानाच्या बेसॉल्ट वितळलेल्या पदार्थाची औष्णिक वाहकता उच्च-तापमानाच्या काचेच्या वितळलेल्या पदार्थापेक्षा दहापट कमी असल्याने, उष्णता हस्तांतरण अत्यंत मंद गतीने होते. लहान, एक-युनिट भट्ट्या केवळ सुमारे १५ सेमी खोलीपर्यंतच वितळलेला पदार्थ टिकवून ठेवू शकतात. तर, १०,००० टन/वर्ष क्षमतेच्या ज्योतीने तापवलेल्या बेसॉल्ट बॅच टँक भट्ट्या सहाय्यक तळाच्या इलेक्ट्रोड हीटिंगच्या साहाय्याने ५० सेमी खोलीपर्यंत वितळलेला पदार्थ गाठू शकतात, परंतु भट्टीच्या आत वितळलेला पदार्थ एका थाळीसारखी रचना तयार करतो, ज्यामुळे मोठे विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र निर्माण होते आणि उष्णतेचा लक्षणीय अपव्यय होतो. इन्सुलेशन साहित्यामधून होणारी उष्णतेची हानी १०% पेक्षा जास्त असते. परिणामी, उष्णतेच्या प्रत्यक्ष वापराचा दर ३०% पेक्षा कमी असतो.

कमी वितळण्याची गुणवत्ता

ज्योत पद्धतीमध्ये वितळण्याची पातळी उथळ असल्यामुळे, स्पष्टीकरण आणि एकसमानता विभागांमध्ये संपूर्ण एकसमानता साधता येत नाही, परिणामी वितळण्याची गुणवत्ता कमी होते.

एक्झॉस्ट वायू उत्सर्जन

नैसर्गिक वायूच्या ज्वलनातून सल्फर आणि नायट्रोजन ऑक्साईडसारखे उत्सर्जित वायू निर्माण होतात.

हरितगृह वायू उत्सर्जन

जीवाश्म इंधन असल्याने, नैसर्गिक वायूच्या ज्वलनातून मोठ्या प्रमाणात CO2, जो एक हरितगृह वायू आहे, बाहेर पडतो.

उच्च उपकरण गुंतवणूक

नैसर्गिक वायूच्या ज्वलनातून निर्माण होणाऱ्या वायू उत्सर्जनावर उपाययोजना करण्यासाठी प्रदूषण नियंत्रण उपाययोजना करणे आवश्यक आहे. उष्णतेचा कमी वापर होत असल्याने वाया जाणाऱ्या उष्णतेच्या पुनर्प्राप्तीसाठी उपाययोजना करणे देखील आवश्यक आहे. शिवाय, शुद्ध ऑक्सिजनच्या ज्वलनासाठी ऑक्सिजन निर्मिती उपकरणांची आवश्यकता असते. या तीन घटकांमुळे उपकरणांमधील गुंतवणूक लक्षणीयरीत्या वाढते. ज्योत पद्धतीसाठी प्रति टन युनिट गुंतवणूक अंदाजे ११,०००-२०,००० आरएमबी आहे.

• संपूर्ण-विद्युत वितळण्याची पद्धत

ज्योत पद्धतीच्या तुलनेत, संपूर्ण विद्युत वितळण पद्धतीमध्ये लक्षणीय फायदे आहेत.

उच्च वितळण्याची गुणवत्ता

संपूर्ण-विद्युत वितळण तंत्रज्ञान या तत्त्वावर आधारित आहे की, उच्च-तापमानाच्या वितळलेल्या अवस्थेत वितळलेला पदार्थ विद्युत वाहक असतो, ज्यामुळे अंतर्गत उष्णतेसाठी वितळलेल्या पदार्थाला थेट विद्युत ऊर्जा पुरवली जाऊ शकते. इलेक्ट्रोड्सची उभी मांडणी उभ्या वितळणाची प्रक्रिया सुलभ करते. प्रति वर्ष हजार टन क्षमतेच्या संपूर्ण-विद्युत वितळण टाकी भट्ट्या १.२ मीटरपेक्षा जास्त खोलीपर्यंत वितळण साधू शकतात, ज्यामुळे अधिक लांब स्पष्टीकरण आणि एकसमानता विभाग उपलब्ध होतो. टाकीमधील उच्च-तापमानाचा समतापीय विभाग अधिक खोल असतो, ज्यामुळे बेसॉल्टसाठी उत्तम वितळण आणि एकसमानतेची गुणवत्ता प्राप्त होते.

ऊर्जा कार्यक्षमता

वितळलेल्या पदार्थाचे थेट अंतर्गत तापमान, उभे वितळणे, अधिक खोल टाक्या आणि वितळलेल्या पदार्थाच्या पृष्ठभागावरील थंड पदार्थांचे आवरण यांमुळे वितळण्याचा उच्च दर आणि उच्च औष्णिक कार्यक्षमता प्राप्त होते. सर्वप्रथम, वितळलेल्या पदार्थात थेट घातलेले इलेक्ट्रोड जूल उष्णतेचा पूर्ण वापर सुनिश्चित करतात. दुसरे म्हणजे, वितळलेल्या पदार्थाची खोल पातळी, जिची खोली भट्टीच्या अंतर्गत व्यासाच्या जवळपास असते, त्यामुळे वितळलेल्या पदार्थाचे विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ लहान, जवळजवळ किमान होते. ही भौमितिक रचना ज्योत पद्धतीच्या थाळीसारख्या रचनेच्या तुलनेत उष्णतेचा अपव्यय लक्षणीयरीत्या कमी करते. तिसरे म्हणजे, वितळलेल्या पदार्थाच्या पृष्ठभागावरील थंड पदार्थांचे आवरण "थंड भट्टीचा वरचा भाग" तयार करते, ज्यामुळे उष्णतेचा अपव्यय आणखी कमी होतो.

कमी कार्बन उत्सर्जन

संपूर्ण विद्युत वितळण तंत्रज्ञान, ज्योत पद्धतीतील नैसर्गिक वायूच्या ज्वलनाशी संबंधित कार्बन उत्सर्जन पूर्णपणे टाळते. याचे कार्बन उत्सर्जन केवळ पॉवर ग्रिडच्या ऊर्जा मिश्रणावर अवलंबून असते. जलविद्युत किंवा इतर नवीकरणीय ऊर्जा स्त्रोतांचा वापर केल्यास, शून्य कार्बन उत्सर्जन साध्य करता येते.

कमी गुंतवणूक

संपूर्ण विद्युत वितळण पद्धतीमध्ये नैसर्गिक वायूचे शुद्ध ऑक्सिजनद्वारे ज्वलन होत नसल्यामुळे, उत्सर्जित वायू पर्यावरण प्रक्रिया उपकरणे किंवा ऑक्सिजन निर्मिती उपकरणांमध्ये गुंतवणूक करण्याची आवश्यकता नसते. याव्यतिरिक्त, वितळलेल्या पृष्ठभागावर थंड पदार्थाचे आवरण असल्यामुळे वाया जाणारी उष्णता पुनर्प्राप्ती उपकरणांमध्ये गुंतवणूक करण्याची गरज नसते. त्यामुळे, संपूर्ण विद्युत वितळण पद्धतीसाठी लागणारी प्रति युनिट गुंतवणूक कमी असते.

खर्चाचा फायदा

लक्षणीय ऊर्जा बचत आणि स्थिर मालमत्तेवरील कमी घसारा यामुळे खर्चात स्पष्ट फायदा होतो.