Sprzęt produkcyjny i technologia precyzyjnej kontroli dla włókien bazaltowych ciągłych

1. Główne urządzenia produkcyjne do produkcji ciągłej Włókno bazaltowe 
Ciągły włókno bazaltowe Produkcja odbywa się w oparciu o „proces jednoetapowy”, charakteryzujący się uproszczonym przepływem pracy, ale wysokimi barierami technicznymi. W porównaniu z produkcją włókna węglowego, ciągłe włókno bazaltowe zużywa znacznie mniej energii (mniej niż 1/10 zużycia energii przez włókno węglowe) i nie emituje CO₂, SO₂ ani innych szkodliwych gazów, co czyni je przyjazną dla środowiska i niskoemisyjną metodą produkcji. Głównym urządzeniem cieplnym w ciągłej produkcji włókna bazaltowego jest piec, który dzieli się na piece tyglowe i piece wannowe.

(1) Piec tyglowy
Piec tyglowy zwykle działa z jednym piecem na jedną tuleję.
Zalety: Kompaktowe rozmiary, niskie koszty inwestycji, elastyczność w zakresie lokalnych dostosowań procesów oraz przydatność do produkcji małoseryjnej lub specjalistycznej.
Wady: niska sprawność cieplna, wysokie zużycie energii, niestabilna jakość produktu, niska wydajność produkcji i wysokie koszty ogólne.
Obecnie w przemyśle ciągłego wytwarzania włókien bazaltowych dominują piece tyglowe, z roczną zdolnością produkcyjną wynoszącą 100–300 ton. Ze względu na degradację elektrod i materiałów ogniotrwałych, piece tyglowe charakteryzują się krótką żywotnością, wynoszącą 6–12 miesięcy. We wczesnej fazie rozwoju przemysłu piece tyglowe były idealne do produkcji na małą skalę i badań nad urządzeniami.
Rodzaje pieców tyglowych:

• Piec tyglowy: ogrzewany poprzez spalanie gazu ziemnego i powietrza.
  Zalety: Elastyczna regulacja płomienia, możliwość szybkiego uruchomienia/zatrzymania.
  Wady: Niska temperatura płomienia, słaba wydajność topienia, marnotrawstwo energii z powodu azotu (78% powietrza) generującego szkodliwe emisje NOₓ oraz nierównomierne nagrzewanie skutkujące nierównomierną jednorodnością stopu.
• Piec tyglowy całkowicie elektryczny: Ogrzewany od wewnątrz za pomocą elektrod płytowych lub prętowych.
  Zalety: Wysoka sprawność cieplna, równomierne ogrzewanie wewnętrzne.
  Wady: Krótka żywotność z powodu zużycia elektrody, konieczność całkowitej wymiany po jej degradacji.

(2) Piec zbiornikowy
Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na ilość i jakość włókien, piece wannowe (jeden piec z wieloma tulejami) stały się kluczowe dla produkcji na dużą skalę. Umożliwiają one ścisłą kontrolę temperatury, lepszą jednorodność stopu, stabilną jakość produktu i wysoką wydajność, a ich roczne zdolności produkcyjne sięgają tysięcy, a nawet dziesiątek tysięcy ton.
Rodzaje pieców zbiornikowych:

• Piec zbiornikowy całkowicie elektryczny: wykorzystuje elektrody prętowe (montowane poziomo lub u dołu).
  Zalety: Wysoka sprawność cieplna i równomierne ogrzewanie.
  Wady: gorące punkty elektrod, nierównomierne zużycie i krótka żywotność (~1 rok).
• Piec zbiornikowy z pełnym płomieniem: Ogrzewany gazem ziemnym z powietrzem lub czystym tlenem. Spalanie w czystym tlenie jest preferowane ze względu na wydajność i redukcję emisji.
  Zalety: Długa żywotność (3+ lat), oszczędność energii dzięki czystemu tlenowi.
  Wady: Gradienty temperatury w głębokich warstwach stopionych, chociaż płytkie warstwy stopione poprawiają jednorodność.
• Hybrydowy piec zbiornikowy płomieniowo-elektryczny: łączy ogrzewanie górnym płomieniem i elektrodami dolnymi/bocznymi.
  Zalety: Lepsza homogenizacja stopu.
  Wady: skomplikowana konstrukcja, nierównomierne nagrzewanie powierzchni, wysokie straty energii z powodu chłodzonych wodą elektrod i krótka żywotność z powodu zużycia elektrod.

(3) Tuleja
Tuleja, zazwyczaj wykonana ze stopu platyny i rodu, jest kluczowym elementem do formowania włókien. Produkcja na dużą skalę wymaga tulejek o dużej wydajności. Początkowo tuleje miały 200 otworów; obecne standardy obejmują 400, 800 i 1200 otworów. Postęp w technologii tulejek jest synergistyczny z rozwojem pieców wannowych.

2. Technologia precyzyjnego sterowania 
Stop bazaltu charakteryzuje się takimi problemami, jak wysokie temperatury ciągnienia/krystalizacji, szybka krystalizacja, wąskie przedziały temperatur formowania, nierównomierne utwardzanie włókien, wysoka zwilżalność tulei i słaba transparentność cieplna. Czynniki te powodują niestabilność podczas ciągnienia włókien (np. pękanie, odrywanie się włókien, wahania średnicy). Stabilizacja zależy od trzech czynników:

• Jednorodność i stabilność stopu: Osiągana poprzez precyzyjne mieszanie surowców, kontrolę temperatury pieca, regulację poziomu stopu i zarządzanie ciśnieniem.
• Kontrola tulei i temperatury: zapewnia równomierne nagrzewanie tulei i zapobiega krystalizacji.
• Optymalizacja procesu ciągnienia: obejmuje precyzyjną kontrolę prędkości ciągnienia, parametrów chłodzenia i naprężenia włókien.

Kluczowe technologie obejmują zaawansowane systemy sterowania mieszaniem materiałów, temperaturą pieca, poziomem stopu, ciśnieniem w komorze, temperaturą kanału, temperaturą tulei i prędkością ciągnienia. Zapewniają one stabilną, wysokiej jakości ciągłą produkcję włókien bazaltowych.