Оборудование для производства и технология прецизионного контроля непрерывного базальтового волокна

1. Основное производственное оборудование для непрерывного Базальтовое волокно 
Непрерывный базальтовое волокно Производство осуществляется по «одностадийному» принципу, характеризующемуся упрощенным технологическим процессом, но высокими техническими барьерами. По сравнению с производством углеродного волокна, непрерывное базальтовое волокно потребляет значительно меньше энергии (менее 1/10 от энергозатрат углеродного волокна) и не выделяет CO₂, SO₂ и других вредных газов, что делает его экологически чистым и низкоуглеродным методом производства. Основным термическим оборудованием для производства непрерывного базальтового волокна является печь, которая подразделяется на тигельные и ванные печи.

(1) Тигельная печь
Тигельная печь обычно работает с одной печью на втулку.
Преимущества: компактный размер, низкие инвестиции, гибкость для локальной корректировки процесса и пригодность для мелкосерийного или специализированного производства.
Недостатки: низкая тепловая эффективность, высокое энергопотребление, нестабильное качество продукции, низкая эффективность производства и высокие общие затраты.
В настоящее время в производстве непрерывного базальтового волокна доминируют тигельные печи с годовой производительностью 100–300 тонн. Из-за деградации электродов и огнеупорного материала срок службы тигельных печей невелик и составляет всего 6–12 месяцев. На ранних этапах развития промышленности тигельные печи идеально подходили для мелкосерийного производства и исследований в области оборудования.
Типы тигельных печей:

• Пламенная тигельная печь: нагревается за счет сжигания природного газа и воздуха.
  Плюсы: Гибкое управление пламенем, возможность быстрого запуска/остановки.
  Минусы: низкая температура пламени, плохая плавильная способность, потери энергии из-за азота (78% воздуха), приводящие к выбросам вредных NOₓ, и неравномерный нагрев, приводящий к неоднородной однородности расплава.
• Полностью электрическая тигельная печь: нагревается изнутри с помощью пластинчатых или стержневых электродов.
  Плюсы: Высокая тепловая эффективность, равномерный внутренний нагрев.
  Минусы: Короткий срок службы из-за износа электродов, требующий полной замены после выхода из строя.

(2) Печь-ванна
В связи с ростом спроса на количество и качество волокна ванны (одна печь с несколькими фильерами) стали критически важными для крупномасштабного производства. Они обеспечивают строгий контроль температуры, улучшенную однородность расплава, стабильное качество продукции и высокую эффективность, а их годовая производительность достигает тысяч и десятков тысяч тонн.
Типы ванных печей:

• Полностью электрическая ванная печь: использует стержневые электроды (расположенные горизонтально или снизу).
  Плюсы: Высокая тепловая эффективность и равномерный нагрев.
  Минусы: горячие точки электродов, неравномерный износ и короткий срок службы (~1 год).
• Печь для сжигания в пламенной печи: нагревается природным газом с воздухом или чистым кислородом. Сжигание в чистом кислороде предпочтительно для эффективности и снижения выбросов.
  Плюсы: Длительный срок службы (более 3 лет), экономия энергии за счет чистого кислорода.
  Минусы: градиенты температур в глубоких расплавах, хотя неглубокие расплавы улучшают однородность.
• Гибридная пламенно-электрическая ванная печь: сочетает в себе верхний пламенный нагрев и нижние/боковые электроды.
  Плюсы: Улучшенная гомогенизация расплава.
  Минусы: сложная конструкция, неравномерный нагрев поверхности, высокие потери энергии на охлаждаемых водой электродах и короткий срок службы из-за износа электродов.

(3) Втулка
Втулка, обычно изготавливаемая из платино-родиевого сплава, является основным компонентом для формования волокон. Крупномасштабное производство требует высокопроизводительных втулок. Изначально втулки имели 200 отверстий; современные стандарты включают 400, 800 и 1200 отверстий. Развитие технологий втулок тесно связано с развитием ванных печей.

2. Технология точного управления 
Базальтовый расплав имеет такие проблемы, как высокие температуры вытяжки/кристаллизации, быстрая кристаллизация, узкие температурные интервалы формования, неравномерное затвердевание волокон, высокая смачиваемость фильеры и низкая теплопроницаемость. Эти факторы приводят к нестабильности при вытяжке волокон (например, к их обрыву, разлету, изменению диаметра). Стабилизация зависит от трёх аспектов:

• Однородность и стабильность расплава: достигается за счет точного смешивания сырья, контроля температуры печи, регулирования уровня расплава и управления давлением.
• Контроль температуры и проходного изолятора: обеспечивает равномерный нагрев проходного изолятора и предотвращает кристаллизацию.
• Оптимизация процесса вытяжки: включает точный контроль скорости вытяжки, параметров охлаждения и натяжения волокна.

Ключевые технологии включают в себя передовые системы управления смешением материалов, температурой печи, уровнем расплава, давлением в камере, температурой канала, температурой фильеры и скоростью вытяжки. Они обеспечивают стабильное и высококачественное производство непрерывного базальтового волокна.