Twee gangbare continue basaltvezelproductietechnologieën

1. Vlammethode

De vlammethode omvat een productieproces waarbij warmte direct aan het oppervlak van het materiaal wordt toegevoerd. Basalt Het materiaal wordt gesmolten in een vuurvaste, baksteenachtige basaltoven. De warmte wordt doorgaans opgewekt door vlammen (zoals aardgas-zuurstofverbranding, heteluchtverbranding of plasmavlammen) aan de bovenkant van de oven. Deze primaire verwarmingsmethode kan worden aangevuld met verwarming door elektroden aan de onderkant. Het gehele proces omvat smelten, klaren en vormen.

Kleine, op zichzelf staande vlamovens, die momenteel gangbaar zijn in de industrie, maken alleen gebruik van aardgasverbranding aan de bovenkant voor verwarming en hebben geen hulp-elektroden aan de onderkant. Vanwege hun hoge energieverbruik, hoge productiekosten en lage kosteneffectiviteit lijden de meeste bedrijven die deze technologie gebruiken echter zware verliezen en staan ​​ze op de rand van faillissement.

De ontwikkelingsrichting voor de vlammethode is de vlamverwarmde tankoven, waarbij gebruik wordt gemaakt van een "gas-elektrische combinatie"-aanpak met verbranding van aardgas en zuurstof aan de bovenkant en extra verwarming van de onderste elektrode. Deze "gas-elektrische combinatie"-methode is de absolute gangbare technologie voor de productie. GlasvezelDeze glasvezelovens functioneren zeer volwassen en succesvol, met name de unitovens, die bijna de standaard zijn geworden voor het ontwerp van glasvezeltrekovens. Er zijn pogingen gedaan om deze technologie over te dragen naar de continue productie van basaltvezels, maar ondanks beperkte proeven is dit nog niet gelukt. De afgelopen twee jaar hebben sommigen een andere aanpak gekozen, waarbij ze zijn overgestapt van zuivere natuurlijke vulkanische gesteentegrondstoffen naar samengestelde grondstoffen (d.w.z. met een groot aandeel niet-vulkanisch gesteente). Dit heeft geleid tot de succesvolle ingebruikname en werking van vlamverwarmde tankovenproductielijnen met een capaciteit van respectievelijk 10.000 ton en 3.500 ton per jaar.

2. Volledig elektrische smeltmethode

De volledig elektrische smeltmethode omvat een productieproces waarbij elektrische energie rechtstreeks wordt toegevoerd aan de hete basalt in een vuurvaste, baksteenachtige basaltoven. Dit gebeurt via elektroden (zoals grafiet, molybdeen, tinoxide, enz.) of (en) andere fysische methoden (zoals plasmamethoden). Deze technologie omvat het smelten, klaren en vormen van basalt.

De Chinese methode voor het continu volledig elektrisch smelten van basaltvezels begon met het nationale 863-programma in 2002, dat een kleinschalige, op zichzelf staande oveninstallatie voor het trekken van vezels met behulp van deze methode voltooide. Belangrijke doorbraken in de continue productie van basaltvezels werden hiermee bereikt. basaltvezel In 2016 werd de volledig elektrische smelt- en trektechnologie gerealiseerd met de voltooiing van een proefinstallatie met een volledig elektrische smeltoven met een capaciteit van duizend ton per jaar. Dit systeem maakt gebruik van meerrijige progressieve elektroden, waardoor een smeltvloeistofniveau tot 1300 mm diep mogelijk is. De diameter van de monofilamenten in het product ligt tussen 9 en 22 μm, en het totale energieverbruik per eenheid bedraagt ​​3,0-3,5 kWh/kg, wat uitstekende energiebesparende effecten aantoont. In 2018 werd een volledig elektrische smeltovenproductielijn met een capaciteit van 1200 ton per jaar ("één-op-acht", met spinmondstukken met 400 gaten) officieel in gebruik genomen. Deze lijn draait al meer dan drie jaar stabiel, wat bevestigt dat de levensduur van de oven meer dan drie jaar kan bedragen.

Tot op heden wordt de continue productie van basaltvezels, uitsluitend op het niveau van duizend-tons/jaar tankovens, alleen toegepast, en dan ook nog uitsluitend met behulp van een volledig elektrische smeltmethode.

3. Vergelijking van de twee technologische routes

De kenmerken van hoge temperaturen basaltsmeltJuist de slechte warmtegeleiding, de hoge viscositeit en de korte materiaaleigenschappen maken de productie van continue basaltvezels zo lastig.

• Vlammethode

De vlammethode, een relatief vol成熟e technologie afkomstig uit de voormalige Sovjet-Unie (nu Rusland en Oekraïne) en aangepast aan de specifieke omstandigheden in China, wordt op grote schaal gebruikt. Het grootste nadeel voor industrialisatie is echter de hoge productiekosten en de lage kosteneffectiviteit, grotendeels te wijten aan inherente fysieke structurele gebreken van de methode zelf.

Laag warmtegebruik

Bij deze methode wordt aardgas aan de bovenkant van de oven verbrand, waarbij de vlam het oppervlak van het gesmolten basalt direct verwarmt. Meer dan 60% van de warmte wordt door het gesmolten oppervlak gereflecteerd en afgevoerd door de uitlaatgassen. Aangezien gesmolten basalt bij hoge temperaturen een thermische geleidbaarheid heeft die tien keer lager is dan die van gesmolten glas bij hoge temperaturen, is de warmteoverdracht extreem traag. Kleine ovens met één unit kunnen slechts een smeltdiepte van ongeveer 15 cm bereiken. Hoewel basaltovens met vlamverwarming en een capaciteit van 10.000 ton per jaar een smeltdiepte van 50 cm kunnen bereiken met behulp van extra bodemelektrodeverwarming, vormt het gesmolten materiaal een schotelvormige structuur in de oven, wat leidt tot een groot specifiek oppervlak en aanzienlijk warmteverlies. Warmteverlies door isolatiemateriaal bedraagt ​​meer dan 10%. Bijgevolg is de werkelijke warmtebenutting minder dan 30%.

Lage smeltkwaliteit

Door het geringe smeltniveau bij de vlammethode kunnen de klarings- en homogenisatiestappen geen grondige homogenisatie bereiken, wat resulteert in een lagere smeltkwaliteit.

Uitlaatgasemissies

Bij de verbranding van aardgas komen uitlaatgassen vrij zoals zwavel- en stikstofoxiden.

broeikasgasemissies

Als fossiele brandstof komt bij de verbranding van aardgas aanzienlijke hoeveelheden CO2 vrij, een broeikasgas.

Hoge investeringen in apparatuur

Het aanpakken van de uitlaatgasemissies bij de verbranding van aardgas vereist maatregelen ter beheersing van de vervuiling. De lage warmtebenutting vereist bovendien maatregelen voor het terugwinnen van restwarmte. Daarnaast vereist de verbranding van zuivere zuurstof apparatuur voor de zuurstofproductie. Deze drie factoren verhogen de investeringskosten voor de apparatuur aanzienlijk. De investering per ton voor de vlamverbrandingsmethode bedraagt ​​ongeveer 11.000-20.000 RMB.

• Volledig elektrische smeltmethode

Vergeleken met de vlammethode biedt de volledig elektrische smeltmethode aanzienlijke voordelen.

Hoge smeltkwaliteit

De volledig elektrische smelttechnologie is gebaseerd op het principe dat het smeltmateriaal elektrisch geleidend is in een gesmolten toestand bij hoge temperaturen, waardoor elektrische energie direct aan het smeltmateriaal kan worden toegevoerd voor interne verwarming. De verticale opstelling van de elektroden maakt verticaal smelten mogelijk. Volledig elektrische smeltovens met een capaciteit van duizend ton per jaar kunnen een smeltdiepte van meer dan 1,2 meter bereiken, wat zorgt voor een langere klarings- en homogenisatiezone. De isotherme zone met hoge temperatuur in de tank is dieper, wat leidt tot een betere smelt- en homogenisatiekwaliteit voor basalt.

Energie-efficiëntie

Directe interne verwarming van het smeltbad, verticaal smelten, diepere tanks en een bedekking met koud materiaal op het smeltbadoppervlak dragen bij aan hoge smeltsnelheden en een hoog thermisch rendement. Ten eerste zorgen elektroden die direct in het smeltbad zijn ingebracht voor een optimale benutting van de Joule-warmte. Ten tweede resulteert het diepe smeltbad, met een diepte die de binnendiameter van de oven benadert, in een kleiner, bijna minimaal specifiek oppervlak voor het smeltbad. Deze geometrische structuur vermindert de warmteafvoer aanzienlijk in vergelijking met de schotelvormige structuur van de vlammethode. Ten derde vormt de bedekking met koud materiaal op het smeltbadoppervlak een "koude ovenbovenkant", waardoor het warmteverlies verder wordt beperkt.

Lage CO2-voetafdruk

De volledig elektrische smelttechnologie elimineert de koolstofemissies die gepaard gaan met de verbranding van aardgas in de vlammethode. De koolstofemissies worden uitsluitend bepaald door de energiemix van het elektriciteitsnet. Bij gebruik van waterkracht of andere hernieuwbare energiebronnen kunnen zelfs nul koolstofemissies worden bereikt.

Lagere investering

Omdat de volledig elektrische smeltmethode geen pure zuurstofverbranding van aardgas vereist, is er geen investering nodig in apparatuur voor de milieubehandeling van uitlaatgassen of zuurstofproductie. Bovendien betekent de koude materiaallaag op het smeltoppervlak dat er geen investering nodig is in apparatuur voor warmteterugwinning. De investeringskosten per eenheid voor de volledig elektrische smeltmethode zijn daarom lager.

Kostenvoordeel

Aanzienlijke energiebesparingen en lagere afschrijvingen op vaste activa leiden tot een duidelijk kostenvoordeel.