To vanlige teknologier for kontinuerlig basaltfiberforberedelse

1. Flammemetode

Flammemetoden innebærer en produksjonsprosess der varme leveres direkte til overflaten av Basalt smelte i en ildfast basaltovn med mursteinsstruktur. Denne varmen genereres vanligvis av flammer (som naturgass-oksygen eller varmluftforbrenning, eller plasmaflammer) fra toppen av ovnen. Denne primære oppvarmingsmetoden kan suppleres med oppvarming av bunnelektroder. Hele prosessen dekker smelting, klaring og forming.

Små, frittstående flammeovner, som for tiden er vanlige i bransjen, bruker kun forbrenning av naturgass øverst og mangler ekstra bunnelektroder. På grunn av høyt energiforbruk, høye produksjonskostnader og lav produktkostnadseffektivitet opplever imidlertid de fleste selskaper som bruker denne teknologien store tap og er på randen av konkurs.

Utviklingsretningen for flammemetoden er flammeoppvarmet tankovn, som benytter en "gass-elektrisk kombinasjon"-metode med forbrenning av naturgass og oksygen på toppen og oppvarming av bunnelektroder. Denne "gass-elektriske kombinasjonsmetoden" er den absolutte mainstream-teknologien for produksjon Glassfibers, og disse glassfiberovnene opererer svært modent og vellykket, spesielt enhetsovnene, som nesten har blitt standarden for design av glassfibertankovner. Det har blitt gjort forsøk på å overføre denne teknologien til kontinuerlig basaltfiberproduksjon, men til tross for begrensede forsøk har det ennå ikke blitt oppnådd suksess. I løpet av de siste to årene har noen tatt en annen tilnærming, og gått over fra rene naturlige vulkanske bergarter til formulerte råvarer (dvs. å innlemme en stor andel ikke-vulkansk stein). Dette har ført til vellykket igangkjøring og drift av produksjonslinjer for flammeoppvarmede tankovner på 10 000 tonn/år og 3 500 tonn/år.

2. Helelektrisk smeltemetode

Den helelektriske smeltemetoden innebærer en produksjonsprosess der elektrisk energi leveres direkte til den høytemperaturbaserte basaltsmelten i en ildfast mursteinsstrukturert basaltovn. Dette oppnås ved hjelp av elektroder (som grafitt, molybden, tinndioksid, etc.) eller (og) andre fysiske metoder (som plasmametoder). Denne teknologien dekker smelting, klaring og forming.

Kinas kontinuerlige helelektriske smeltemetode for basaltfiber startet med det nasjonale 863-programmet i 2002, som fullførte et frittstående småskala ovntegningsapparat ved bruk av denne metoden. Betydelige gjennombrudd innen kontinuerlig basaltfiber Helelektrisk smeltetegningsteknologi ble oppnådd i 2016, med ferdigstillelsen av en pilotskala helelektrisk smeltetankovn med en kapasitet på tusen tonn/år. Dette systemet bruker flerrads progressive elektroder, som muliggjør en smeltevæskedybde på opptil 1300 mm. Produktmonofilamentdiameteren er konsentrert mellom 9–22 μm, og det totale strømforbruket per enhet er 3,0–3,5 kWh/kg, noe som viser utmerkede energisparende effekter. I 2018 ble en helelektrisk produksjonslinje for smeltetankovner med en kapasitet på 1200 tonn/år ("en-til-åtte", med 400-hulls spinnerdyser) offisielt satt i drift. Den har kjørt stabilt i over tre år, noe som bekrefter at ovnens levetid kan nå mer enn tre år.

Til dags dato, for rene naturlige vulkanske bergarter, opprettholdes kontinuerlig basaltfiberproduksjonsteknologi kun på tusen tonn/år-tankovnsteknologinivå, og utelukkende for den helelektriske smeltemetoden.

3. Sammenligning av de to teknologiske rutene

Egenskapene til høytemperatur basaltsmelte, nemlig dens dårlige varmeledningsevne, høye viskositet og korte materialegenskaper, er nettopp det som gjør produksjonen av kontinuerlig basaltfiber utfordrende.

• Flammemetoden

Flammemetoden, en relativt moden teknologi introdusert fra det tidligere Sovjetunionen (nå Russland og Ukraina) og tilpasset Kinas spesifikke forhold, har fått utbredt bruk. Den største ulempen ved industrialisering er imidlertid høye produksjonskostnader og lav kostnadseffektivitet, i stor grad på grunn av iboende fysiske strukturelle defekter i selve metoden.

Lav varmeutnyttelse

I denne metoden forbrennes naturgass fra toppen av ovnen, hvor flammen varmer opp basaltsmelteoverflaten direkte. Over 60 % av varmen reflekteres av smelteoverflaten og føres bort av eksosgasser. Gitt at høytemperatur basaltsmelte har en varmeledningsevne som er ti ganger lavere enn høytemperatur glasssmelte, er varmeoverføringen ekstremt langsom. Små ovner med én enhet kan bare opprettholde en smeltedybde på omtrent 15 cm. Mens flammeoppvarmede basalt-batchtankovner med en kapasitet på 10 000 tonn/år kan nå en smeltedybde på 50 cm med ekstra bunnelektrodeoppvarming, danner smelten en skållignende struktur i ovnen, noe som fører til et stort spesifikt overflateareal og betydelig varmespredning. Varmetapet gjennom isolasjonsmaterialer overstiger 10 %. Følgelig er den faktiske varmeutnyttelsesgraden mindre enn 30 %.

Lav smeltekvalitet

På grunn av det grunne smeltenivået i flammemetoden, kan ikke klarings- og homogeniseringsseksjonene oppnå grundig homogenisering, noe som resulterer i lavere smeltekvalitet.

Eksosgassutslipp

Forbrenning av naturgass produserer eksosgasser som svovel og nitrogenoksider.

Utslipp av klimagasser

Som fossilt brensel frigjør forbrenning av naturgass betydelige mengder CO2, en klimagass.

Høye investeringer i utstyr

Å håndtere eksosutslipp fra forbrenning av naturgass krever tiltak for forurensningskontroll. Den lave varmeutnyttelsen krever også tiltak for gjenvinning av spillvarme. Videre krever forbrenning av ren oksygen utstyr for oksygenproduksjon. Disse tre faktorene øker utstyrsinvesteringene betydelig. Enhetsinvesteringen for flammemetoden er omtrent 11 000–20 000 RMB per tonn.

• Helelektrisk smeltemetode

Sammenlignet med flammemetoden tilbyr den helelektriske smeltemetoden bemerkelsesverdige fordeler.

Høy smeltekvalitet

Den helelektriske smelteteknologien er basert på prinsippet om at smelten er elektrisk ledende i en smeltet tilstand med høy temperatur, noe som gjør at elektrisk energi kan tilføres direkte til smelten for intern oppvarming. Den vertikale plasseringen av elektrodene muliggjør vertikal smelting. Helelektriske smeltetankovner med en produksjonskapasitet på tusen tonn per år kan oppnå en smeltedybde på over 1,2 meter, noe som gir en lengre klaring- og homogeniseringsseksjon. Den isotermiske sonen med høy temperatur i tanken er dypere, noe som fører til bedre smelte- og homogeniseringskvalitet for basalt.

Energieffektivitet

Direkte intern oppvarming av smelten, vertikal smelting, dypere tanker og kald materialdekning på smelteoverflaten bidrar til høye smeltehastigheter og høy termisk effektivitet. For det første sikrer elektroder som settes direkte inn i smelten full utnyttelse av Joule-varmen. For det andre resulterer det dype smeltenivået, med en dybde som nærmer seg ovnens indre diameter, i et mindre, nesten minimalt spesifikt overflateareal for smelten. Denne geometriske strukturen reduserer varmespredningen betydelig sammenlignet med den skållignende strukturen til flammemetoden. For det tredje danner den kalde materialdekningen på smelteoverflaten en "kald ovntopp", noe som ytterligere reduserer varmetapet.

Lavt karbonavtrykk

Den helelektriske smelteteknologien eliminerer karbonutslippene forbundet med forbrenning av naturgass i flammemetoden. Karbonutslippene bestemmes utelukkende av strømnettets energimiks. Hvis vannkraft eller andre fornybare energikilder brukes, kan null karbonutslipp oppnås.

Lavere investering

Siden den helelektriske smeltemetoden ikke involverer ren oksygenforbrenning av naturgass, er det ikke nødvendig å investere i utstyr for behandling av eksosgassmiljøet eller oksygengenereringsutstyr. I tillegg betyr den kalde materialdekningen på smelteoverflaten at det ikke kreves noen investering i utstyr for gjenvinning av spillvarme. Enhetsinvesteringen for den helelektriske smeltemetoden er derfor lavere.

Kostnadsfordel

Betydelige energibesparelser og lavere avskrivninger på anleggsmidler gir en klar kostnadsfordel.