Dwie główne technologie ciągłego przygotowywania włókien bazaltowych

1. Metoda płomieniowa

Metoda płomieniowa obejmuje proces produkcyjny, w którym ciepło jest dostarczane bezpośrednio na powierzchnię Bazalt Topi się w piecu bazaltowym o konstrukcji z cegły ogniotrwałej. Ciepło to jest zazwyczaj generowane przez płomienie (takie jak spalanie gazu ziemnego z tlenem, spalanie gorącym powietrzem lub płomienie plazmowe) z górnej części pieca. Tę podstawową metodę ogrzewania można uzupełnić ogrzewaniem elektrodą dolną. Cały proces obejmuje topienie, klarowanie i formowanie.

Małe, autonomiczne piece płomieniowe, obecnie powszechnie stosowane w branży, wykorzystują jedynie górne spalanie gazu ziemnego i nie posiadają pomocniczych elektrod dolnych. Jednak ze względu na wysokie zużycie energii, wysokie koszty produkcji i niską opłacalność, większość firm korzystających z tej technologii ponosi dotkliwe straty i stoi na skraju bankructwa.

Kierunek rozwoju metody płomieniowej to piec zbiornikowy ogrzewany płomieniem, który wykorzystuje metodę „kombinacji gazowo-elektrycznej” ze spalaniem gazu ziemnego w górnej części z tlenem i dodatkowym ogrzewaniem dolnej elektrody. Ta metoda „kombinacji gazowo-elektrycznej” jest absolutnie najpopularniejszą technologią w produkcji. Włókno szklanePiece te działają bardzo dojrzale i z powodzeniem, zwłaszcza piece jednostkowe, które stały się niemal standardem w projektach pieców wannowych do ciągnienia włókna szklanego. Podejmowano wysiłki w celu przeniesienia tej technologii do ciągłej produkcji włókna bazaltowego, ale pomimo ograniczonych prób, nie osiągnięto jeszcze sukcesu. W ciągu ostatnich dwóch lat niektórzy przyjęli inne podejście, przechodząc od czystych, naturalnych surowców ze skał wulkanicznych do surowców formulacyjnych (tj. zawierających dużą ilość skał niewulkanicznych). Doprowadziło to do pomyślnego uruchomienia i uruchomienia linii produkcyjnych pieców wannowych ogrzewanych płomieniowo o wydajności 10 000 ton rocznie i 3500 ton rocznie.

2. Metoda topienia całkowicie elektryczna

Całkowicie elektryczna metoda topienia polega na procesie produkcyjnym, w którym energia elektryczna jest dostarczana bezpośrednio do wysokotemperaturowego stopu bazaltu w piecu bazaltowym o strukturze cegły ogniotrwałej. Odbywa się to za pomocą elektrod (takich jak grafit, molibden, dwutlenek cyny itp.) lub (i) innych metod fizycznych (takich jak metody plazmowe). Technologia ta obejmuje topienie, klarowanie i formowanie.

Chińska metoda ciągłego topienia włókien bazaltowych przy użyciu wyłącznie energii elektrycznej rozpoczęła się w 2002 roku wraz z krajowym programem 863, w ramach którego ukończono budowę autonomicznego pieca ciągnącego na małą skalę, wykorzystującego tę metodę. Znaczące przełomy w ciągłym topieniu włókien bazaltowych włókno bazaltowe W 2016 roku ukończono pilotażowy, w pełni elektryczny piec wannowy do topienia o wydajności tysiąca ton rocznie. System ten wykorzystuje wielorzędowe elektrody progresywne, co pozwala na uzyskanie głębokości cieczy do 1300 mm. Średnica włókien monofilamentowych produktu wynosi 9–22 μm, a całkowite zużycie energii wynosi 3,0–3,5 kWh/kg, co świadczy o doskonałych efektach energooszczędności. W 2018 roku oficjalnie uruchomiono linię produkcyjną całkowicie elektrycznego pieca wannowego do topienia o wydajności 1200 ton rocznie („od jednego do ośmiu”, wykorzystującego dysze przędzalnicze o 400 otworach). Piec pracuje stabilnie od ponad trzech lat, co potwierdza, że ​​jego żywotność może wynieść ponad trzy lata.

Do tej pory w przypadku surowców w postaci czystej, naturalnej skały wulkanicznej technologia ciągłej produkcji włókien bazaltowych utrzymywana była wyłącznie na poziomie technologii pieca wannowego o wydajności tysiąca ton rocznie i wyłącznie przy użyciu metody topienia całkowicie elektrycznego.

3. Porównanie dwóch ścieżek technologicznych

Charakterystyka wysokiej temperatury stopiony bazalt, a mianowicie jego słaba przewodność cieplna, wysoka lepkość i krótkie czasy wiązania materiału to właśnie te cechy sprawiają, że produkcja ciągłego włókna bazaltowego jest trudna.

• Metoda płomieniowa

Metoda płomieniowa, stosunkowo dojrzała technologia wprowadzona w byłym Związku Radzieckim (obecnie w Rosji i na Ukrainie) i dostosowana do specyficznych warunków Chin, znalazła szerokie zastosowanie. Jednak jej największą wadą w industrializacji są wysokie koszty produkcji i niska opłacalność, głównie ze względu na fizyczne wady strukturalne samej metody.

Niskie zużycie ciepła

W tej metodzie gaz ziemny jest spalany od góry pieca, a płomień bezpośrednio ogrzewa powierzchnię stopionego bazaltu. Ponad 60% ciepła jest odbijane przez powierzchnię stopu i odprowadzane przez gazy spalinowe. Biorąc pod uwagę, że wysokotemperaturowy stop bazaltu ma dziesięciokrotnie niższą przewodność cieplną niż wysokotemperaturowy stop szkła, przenoszenie ciepła jest niezwykle powolne. Małe piece jednoczęściowe mogą utrzymać głębokość stopu jedynie około 15 cm. Podczas gdy piece wsadowe bazaltowe o wydajności 10 000 ton rocznie ogrzewane płomieniem mogą osiągnąć głębokość stopu 50 cm z pomocniczym ogrzewaniem dolnej elektrody, stop tworzy wewnątrz pieca strukturę przypominającą misę, co prowadzi do dużej powierzchni właściwej i znacznego rozpraszania ciepła. Straty ciepła przez materiały izolacyjne przekraczają 10%. W związku z tym rzeczywisty wskaźnik wykorzystania ciepła wynosi mniej niż 30%.

Niska jakość topnienia

Ze względu na płytki poziom stopienia w metodzie płomieniowej, sekcje klarowania i homogenizacji nie mogą osiągnąć dokładnej homogenizacji, co skutkuje niższą jakością topnienia.

Emisja spalin

Spalanie gazu ziemnego powoduje powstawanie gazów spalinowych, takich jak tlenki siarki i azotu.

Emisje gazów cieplarnianych

Jako paliwo kopalne, spalanie gazu ziemnego powoduje emisję znacznych ilości CO2, gazu cieplarnianego.

Wysokie inwestycje w sprzęt

Ograniczenie emisji spalin ze spalania gazu ziemnego wymaga stosowania środków kontroli zanieczyszczeń. Niskie zużycie ciepła wymaga również odzysku ciepła odpadowego. Ponadto, spalanie w czystym tlenie wymaga urządzeń do wytwarzania tlenu. Te trzy czynniki znacznie zwiększają inwestycje w sprzęt. Koszt jednostkowy inwestycji w metodę płomieniową wynosi około 11 000–20 000 RMB za tonę.

• Metoda topienia całkowicie elektryczna

W porównaniu z metodą płomieniową, metoda topienia całkowicie elektryczna oferuje znaczące korzyści.

Wysoka jakość topienia

Technologia topienia całkowicie elektrycznego opiera się na zasadzie, że stopiony metal przewodzi prąd elektryczny w stanie stopionym o wysokiej temperaturze, co umożliwia bezpośrednie dostarczanie energii elektrycznej do stopu w celu nagrzania wewnętrznego. Pionowy układ elektrod ułatwia topienie w pozycji pionowej. Piece wannowe do topienia o wydajności tysięcy ton rocznie, całkowicie elektryczne, mogą osiągnąć głębokość topienia ponad 1,2 metra, zapewniając dłuższą sekcję klarowania i homogenizacji. Wysokotemperaturowa strefa izotermiczna w zbiorniku jest głębsza, co przekłada się na lepszą jakość topienia i homogenizacji bazaltu.

Efektywność energetyczna

Bezpośrednie, wewnętrzne nagrzewanie stopu, topienie pionowe, głębsze zbiorniki i pokrycie powierzchni stopu zimnym materiałem przyczyniają się do wysokiej szybkości topienia i sprawności cieplnej. Po pierwsze, elektrody umieszczone bezpośrednio w stopie zapewniają pełne wykorzystanie ciepła Joule'a. Po drugie, głęboki poziom stopu, którego głębokość zbliża się do wewnętrznej średnicy pieca, skutkuje mniejszą, niemal minimalną powierzchnią właściwą stopu. Ta struktura geometryczna znacznie zmniejsza rozpraszanie ciepła w porównaniu z talerzowatą strukturą w metodzie płomieniowej. Po trzecie, pokrycie powierzchni stopu zimnym materiałem tworzy „zimny szczyt pieca”, dodatkowo zmniejszając straty ciepła.

Niski ślad węglowy

Całkowicie elektryczna technologia topienia eliminuje emisję dwutlenku węgla związaną ze spalaniem gazu ziemnego metodą płomieniową. Emisja dwutlenku węgla jest w tym przypadku zależna wyłącznie od miksu energetycznego sieci energetycznej. Wykorzystanie energii wodnej lub innych odnawialnych źródeł energii pozwala na osiągnięcie zerowej emisji dwutlenku węgla.

Niższe inwestycje

Ponieważ całkowicie elektryczna metoda topienia nie obejmuje spalania gazu ziemnego w czystym tlenie, nie ma potrzeby inwestowania w urządzenia do oczyszczania spalin ani w urządzenia do generowania tlenu. Ponadto, pokrycie powierzchni stopionego materiału zimną wodą eliminuje konieczność inwestowania w urządzenia do odzysku ciepła odpadowego. W związku z tym, inwestycja w całkowicie elektryczną metodę topienia jest niższa.

Zaleta kosztowa

Znaczne oszczędności energii i niższe koszty amortyzacji środków trwałych przekładają się na wyraźną przewagę kosztową.