Productieapparatuur en precisiebesturingstechnologie voor continue basaltvezelproductie

1. Belangrijkste productieapparatuur voor continue productie Basaltvezel 
Continu basaltvezel De productie volgt een "éénstaps proces", gekenmerkt door een vereenvoudigde workflow maar hoge technische drempels. In vergelijking met de productie van koolstofvezels verbruikt de continue basaltvezelproductie aanzienlijk minder energie (minder dan 1/10 van het energieverbruik van koolstofvezels) en stoot geen CO₂, SO₂ of andere schadelijke gassen uit, waardoor het een milieuvriendelijke en koolstofarme productiemethode is. De belangrijkste thermische apparatuur voor de continue basaltvezelproductie is de oven, die wordt onderverdeeld in smeltkroesovens en tankovens.

(1) Kroesoven
Een smeltkroesoven werkt doorgaans met één oven per smeltkroes.
Voordelen: Compact formaat, lage investeringskosten, flexibiliteit voor lokale procesaanpassingen en geschiktheid voor kleine series of gespecialiseerde productie.
Nadelen: Laag thermisch rendement, hoog energieverbruik, inconsistente productkwaliteit, lage productie-efficiëntie en hoge totale kosten.
Momenteel domineren smeltkroesovens de continue basaltvezelindustrie, met een jaarlijkse productiecapaciteit van 100-300 ton. Door de degradatie van elektroden en vuurvast materiaal hebben smeltkroesovens een korte levensduur van 6-12 maanden. In de beginfase van de industrie waren smeltkroesovens ideaal voor kleinschalige productie en onderzoek naar apparatuur.
Soorten smeltkroesovens:

• Vlamkroesoven: Verwarmd door verbranding van aardgas en lucht.
  Pluspunten: Flexibele vlamregeling, snelle start-/stopfunctie.
  Nadelen: Lage vlamtemperatuur, slecht smeltvermogen, energieverspilling door stikstof (78% van de lucht) dat schadelijke NOₓ-uitstoot genereert, en ongelijkmatige verwarming die leidt tot inconsistente smelthomogeniteit.
• Volledig elektrische smeltkroesoven: intern verwarmd door middel van plaat- of staafelektroden.
  Voordelen: Hoog thermisch rendement, gelijkmatige interne verwarming.
  Nadelen: Korte levensduur door slijtage van de elektroden, waardoor volledige vervanging nodig is na degradatie.

(2) Tankoven
Naarmate de vraag naar vezels in zowel kwantiteit als kwaliteit toeneemt, zijn tankovens (één oven met meerdere bussen) essentieel geworden voor grootschalige productie. Ze maken nauwkeurige temperatuurregeling, verbeterde smelthomogeniteit, stabiele productkwaliteit en een hoog rendement mogelijk, met jaarlijkse capaciteiten van duizenden tot tienduizenden tonnen.
Soorten tankovens:

• Volledig elektrische tankoven: maakt gebruik van staafelektroden (horizontaal of aan de onderkant gemonteerd).
  Voordelen: Hoog thermisch rendement en gelijkmatige verwarming.
  Nadelen: Oververhitting van de elektroden, ongelijkmatige slijtage en korte levensduur (~1 jaar).
• Tankoven met volledige vlamverbranding: Verwarmd met aardgas, lucht of zuivere zuurstof. Verbranding met zuivere zuurstof heeft de voorkeur vanwege de efficiëntie en de lagere uitstoot.
  Voordelen: Lange levensduur (meer dan 3 jaar), energiebesparend dankzij pure zuurstof.
  Nadelen: Temperatuurgradiënten in diepe smeltlagen, hoewel ondiepe smeltlagen de uniformiteit verbeteren.
• Hybride vlam-elektrische tankoven: combineert verwarming met een vlam aan de bovenkant en elektroden aan de onderkant en zijkant.
  Voordelen: Verbeterde smelthomogenisatie.
  Nadelen: Complex ontwerp, ongelijkmatige oppervlakteverwarming, hoog energieverlies door watergekoelde elektroden en korte levensduur als gevolg van slijtage van de elektroden.

(3) Bus
De bus, doorgaans gemaakt van een platina-rhodiumlegering, is een essentieel onderdeel voor vezelvorming. Grootschalige productie vereist bussen met een hoge capaciteit. De eerste bussen hadden 200 gaten; de huidige standaarden omvatten 400, 800 en 1200 gaten. De technologische vooruitgang op het gebied van bussen sluit naadloos aan op de ontwikkeling van tankovens.

2. Precisiebesturingstechnologie 
Basaltsmelt kent uitdagingen zoals hoge trek-/kristallisatietemperaturen, snelle kristallisatie, smalle temperatuurbereiken voor vorming, ongelijkmatige vezelverharding, sterke bevochtigbaarheid van de bus en slechte warmtedoorlaatbaarheid. Deze factoren veroorzaken instabiliteit tijdens het vezeltrekken (bijv. breuk, wegvliegen, diametervariatie). Stabilisatie berust op drie aspecten:

• Smelthomogeniteit en -stabiliteit: bereikt door nauwkeurige menging van de grondstoffen, temperatuurregeling in de oven, regulering van het smeltniveau en drukbeheer.
• Busverwarming en temperatuurregeling: zorgt voor een gelijkmatige verwarming van de bus en voorkomt kristallisatie.
• Optimalisatie van het trekproces: Omvat nauwkeurige controle van de treksnelheid, koelparameters en vezelspanning.

De belangrijkste technologieën omvatten geavanceerde besturingssystemen voor materiaalmenging, oventemperatuur, smeltniveau, kamerdruk, kanaaltemperatuur, bustemperatuur en treksnelheid. Deze systemen garanderen een stabiele, hoogwaardige en continue productie van basaltvezels.