Două tehnologii principale de preparare continuă a fibrei de bazalt

1. Metoda flăcării

Metoda cu flacără implică un proces de producție în care căldura este transmisă direct la suprafața Bazalt topiți într-un cuptor de bazalt cu structură din cărămidă refractară. Această căldură este generată de obicei de flăcări (cum ar fi arderea cu gaz natural și oxigen sau aer cald, sau flăcări de plasmă) din partea superioară a cuptorului. Această metodă principală de încălzire poate fi suplimentată prin încălzirea electrodului inferior. Întregul proces acoperă topirea, clarificarea și formarea.

Cuptoarele mici, independente, cu flacără, care sunt în prezent răspândite în industrie, utilizează doar încălzire cu ardere pe bază de gaz natural în partea superioară și nu au electrozi auxiliari în partea inferioară. Cu toate acestea, din cauza consumului ridicat de energie, a costurilor ridicate de producție și a rentabilității scăzute a produsului, majoritatea companiilor care utilizează această tehnologie înregistrează pierderi severe și sunt în pragul falimentului.

Direcția de dezvoltare pentru metoda flăcării este cuptor cu rezervor încălzit cu flacără, care utilizează o abordare de tip „combinație gaz-electric” cu ardere superioară gaz natural-oxigen și încălzire auxiliară a electrodului inferior. Această metodă de „combinație gaz-electric” este tehnologia absolută principală pentru fabricație Fibră de sticlăs, iar aceste cuptoare cu fibră de sticlă funcționează foarte matur și cu succes, în special cuptoarele unitare, care au devenit aproape standardul pentru proiectarea cuptoarelor de tragere cu rezervor din fibră de sticlă. S-au depus eforturi pentru a transfera această tehnologie la fabricarea continuă a fibrei de bazalt, dar, în ciuda testelor limitate, succesul nu a fost încă atins. În ultimii doi ani, unii au adoptat o abordare diferită, trecând de la materii prime pure din rocă vulcanică naturală la materii prime formulate (adică, încorporând o proporție mare de rocă non-vulcanică). Acest lucru a dus la punerea în funcțiune și operarea cu succes a liniilor de producție a cuptoarelor cu rezervor încălzite cu flacără de 10.000 tone/an și 3.500 tone/an.

2. Metoda de topire complet electrică

Metoda de topire complet electrică implică un proces de producție în care energia electrică este furnizată direct în topitura de bazalt la temperatură înaltă, într-un cuptor de bazalt cu structură din cărămizi refractare. Acest lucru se realizează prin intermediul unor electrozi (cum ar fi grafit, molibden, dioxid de staniu etc.) sau (și) al altor metode fizice (cum ar fi metodele cu plasmă). Această tehnologie acoperă topirea, clarificarea și formarea.

Metoda continuă de topire complet electrică a fibrei de bazalt din China a început în 2002 cu Programul național 863, care a finalizat un aparat de tragere în cuptor la scară mică, independent, folosind această metodă. Progrese semnificative în domeniul continuu... fibră de bazalt Tehnologia de topire complet electrică a fost realizată în 2016, odată cu finalizarea unui cuptor de topire complet electric, cu rezervor de topire, la scară pilot, cu o capacitate de o mie de tone/an. Acest sistem utilizează electrozi progresivi pe mai multe rânduri, permițând o adâncime a nivelului lichidului topit de până la 1300 mm. Diametrul monofilamentului produsului este concentrat între 9-22 μm, iar consumul total de energie al unității este de 3,0-3,5 kWh/kg, demonstrând efecte excelente de economisire a energiei. În 2018, o linie de producție a cuptorului de topire complet electric („unu-la-opt”, folosind filare cu 400 de găuri) a fost pusă oficial în funcțiune. Aceasta a funcționat stabil timp de peste trei ani, verificând durata de viață a cuptorului de peste trei ani.

Până în prezent, pentru materiile prime din rocă vulcanică naturală pură, tehnologia de fabricare continuă a fibrei de bazalt este menținută doar la nivelul tehnologiei cuptoarelor cu rezervor de o mie de tone/an și exclusiv pentru metoda de topire complet electrică.

3. Compararea celor două rute tehnologice

Caracteristicile temperaturilor ridicate topitură de bazalt, și anume conductivitatea termică slabă, vâscozitatea ridicată și proprietățile scurte ale materialului, sunt tocmai ceea ce face ca fabricarea fibrei de bazalt continue să fie dificilă.

• Metoda Flăcării

Metoda cu flacără, o tehnologie relativ matură, introdusă din fosta Uniune Sovietică (acum Rusia și Ucraina) și adaptată condițiilor specifice Chinei, a cunoscut o utilizare pe scară largă. Cu toate acestea, cel mai mare dezavantaj al său în industrializare îl reprezintă costurile ridicate de producție și rentabilitatea scăzută, în mare parte din cauza defectelor structurale fizice inerente metodei în sine.

Utilizare redusă a căldurii

În această metodă, gazul natural este ars din partea superioară a cuptorului, flacăra încălzind direct suprafața topiturii de bazalt. Peste 60% din căldură este reflectată de suprafața topiturii și transportată de gazele de eșapament. Având în vedere că topitura de bazalt la temperatură înaltă are o conductivitate termică de zece ori mai mică decât topitura de sticlă la temperatură înaltă, transferul de căldură este extrem de lent. Cuptoarele mici, cu o singură unitate, pot menține o adâncime a topiturii de doar aproximativ 15 cm. În timp ce cuptoarele cu rezervor de bazalt încălzit cu flacără, cu o capacitate de 10.000 tone/an, pot atinge o adâncime a topiturii de 50 cm cu încălzire auxiliară a electrodului inferior, topitura formează o structură asemănătoare unui disc în interiorul cuptorului, ceea ce duce la o suprafață specifică mare și la o disipare semnificativă a căldurii. Pierderea de căldură prin materialele izolatoare depășește 10%. Prin urmare, rata reală de utilizare a căldurii este mai mică de 30%.

Calitate scăzută de topire

Din cauza nivelului redus de topitură în metoda cu flacără, secțiunile de clarificare și omogenizare nu pot realiza o omogenizare completă, rezultând o calitate mai scăzută a topirii.

Emisii de gaze de eșapament

Arderea gazelor naturale produce gaze de eșapament, cum ar fi sulful și oxizii de azot.

Emisiile de gaze cu efect de seră

Ca combustibil fosil, arderea gazelor naturale eliberează cantități semnificative de CO2, un gaz cu efect de seră.

Investiții mari în echipamente

Abordarea emisiilor de gaze de eșapament provenite din arderea gazelor naturale necesită măsuri de control al poluării. Utilizarea redusă a căldurii necesită, de asemenea, măsuri de recuperare a căldurii reziduale. În plus, arderea cu oxigen pur necesită echipamente de generare a oxigenului. Acești trei factori cresc semnificativ investițiile în echipamente. Investiția unitară pentru metoda cu flacără este de aproximativ 11.000-20.000 RMB pe tonă.

• Metodă de topire complet electrică

Comparativ cu metoda cu flacără, metoda de topire complet electrică oferă avantaje notabile.

Calitate ridicată a topirii

Tehnologia de topire complet electrică se bazează pe principiul conform căruia topitura este conductivă electric într-o stare topită la temperatură înaltă, permițând furnizarea directă de energie electrică topiturii pentru încălzirea internă. Aranjamentul vertical al electrozilor facilitează topirea verticală. Cuptoarele de topire complet electrice, cu o capacitate de o mie de tone pe an, pot atinge o adâncime a topiturii de peste 1,2 metri, oferind o secțiune de clarificare și omogenizare mai lungă. Zona izotermă la temperatură înaltă din interiorul rezervorului este mai adâncă, ceea ce duce la o calitate mai bună a topirii și omogenizării bazaltului.

Eficiență energetică

Încălzirea internă directă a topiturii, topirea verticală, rezervoarele mai adânci și acoperirea cu material rece pe suprafața topiturii contribuie la rate de topire ridicate și la o eficiență termică ridicată. În primul rând, electrozii introduși direct în topitură asigură utilizarea completă a căldurii Joule. În al doilea rând, nivelul topiturii adânci, cu o adâncime care se apropie de diametrul intern al cuptorului, are ca rezultat o suprafață specifică mai mică, aproape minimă, pentru topitură. Această structură geometrică reduce semnificativ disiparea căldurii în comparație cu structura de tip pastilă a metodei cu flacără. În al treilea rând, acoperirea cu material rece pe suprafața topiturii formează un „blat rece al cuptorului”, reducând și mai mult pierderile de căldură.

Amprentă redusă de carbon

Tehnologia de topire complet electrică elimină emisiile de carbon asociate cu arderea gazelor naturale prin metoda flăcării. Emisiile sale de carbon sunt determinate exclusiv de mixul energetic al rețelei electrice. Dacă se utilizează energia hidroelectrică sau alte surse de energie regenerabilă, se pot obține zero emisii de carbon.

Investiții mai mici

Întrucât metoda de topire complet electrică nu implică arderea gazelor naturale cu oxigen pur, nu este nevoie să se investească în echipamente de tratare a gazelor de eșapament sau în echipamente de generare a oxigenului. În plus, acoperirea cu material rece pe suprafața topiturii înseamnă că nu este necesară nicio investiție în echipamente de recuperare a căldurii reziduale. Prin urmare, investiția unitară pentru metoda de topire complet electrică este mai mică.

Avantaj de cost

Economiile semnificative de energie și amortizarea mai mică a activelor fixe se traduc într-un avantaj distinct al costurilor.