Производственное оборудование и технологии точного управления для производства непрерывного базальтового волокна

1. Основное производственное оборудование для непрерывного процесса Базальтовое волокно 
Непрерывный базальтовое волокно Производство базальтового волокна осуществляется по «одноэтапному процессу», характеризующемуся упрощенным рабочим процессом, но высокими техническими барьерами. По сравнению с производством углеродного волокна, непрерывное производство базальтового волокна потребляет значительно меньше энергии (менее 1/10 от энергопотребления углеродного волокна) и не выделяет CO₂, SO₂ или других вредных газов, что делает его экологически чистым и низкоуглеродным методом производства. Основным тепловым оборудованием для непрерывного производства базальтового волокна является печь, которая подразделяется на тигельные и печные камеры.

(1) Тигельная печь
В тигельной печи обычно используется одна печь на один узел.
Преимущества: компактные размеры, низкие инвестиционные затраты, гибкость для локальной корректировки процесса, пригодность для мелкосерийного или специализированного производства.
Недостатки: низкая тепловая эффективность, высокое энергопотребление, нестабильное качество продукции, низкая производительность и высокие общие затраты.
В настоящее время тигельные печи доминируют в производстве базальтового волокна непрерывного действия, их годовая производственная мощность составляет 100–300 тонн. Из-за деградации электродов и огнеупорных материалов срок службы тигельных печей невелик — 6–12 месяцев. На ранних этапах развития отрасли тигельные печи идеально подходили для мелкомасштабного производства и исследований в области оборудования.
Типы тигельных печей:

• Печь с пламенным тиглем: нагрев осуществляется за счет сжигания природного газа и воздуха.
  Преимущества: Гибкая регулировка пламени, возможность быстрого запуска/остановки.
  Недостатки: низкая температура пламени, плохая плавительность, потери энергии из-за азота (78% воздуха), приводящие к образованию вредных выбросов NOₓ, и неравномерный нагрев, вызывающий неоднородность расплава.
• Полностью электрическая тигельная печь: нагрев осуществляется изнутри с помощью пластинчатых или стержневых электродов.
  Преимущества: Высокая тепловая эффективность, равномерный внутренний нагрев.
  Недостатки: Короткий срок службы из-за износа электродов, требующий полной замены после деградации.

(2) Топка-резервуар
По мере роста спроса на волокно в больших количествах и с высоким качеством, печи с резервуарами (одна печь с несколькими втулками) стали критически важными для крупномасштабного производства. Они обеспечивают строгий контроль температуры, улучшенную однородность расплава, стабильное качество продукции и высокую эффективность, с годовой производительностью от тысяч до десятков тысяч тонн.
Типы печей для печного оборудования:

• Полностью электрическая баковая печь: использует стержневые электроды (горизонтально или снизу).
  Преимущества: Высокая тепловая эффективность и равномерный нагрев.
  Недостатки: перегрев электродов, неравномерный износ и короткий срок службы (~1 год).
• Топка с цельным пламенем: нагрев осуществляется природным газом с использованием воздуха или чистого кислорода. Сгорание в чистом кислороде предпочтительнее для повышения эффективности и снижения выбросов.
  Преимущества: длительный срок службы (более 3 лет), энергосбережение благодаря использованию чистого кислорода.
  Минусы: В глубоких расплавах наблюдаются температурные градиенты, хотя более мелкие расплавы улучшают однородность.
• Гибридная пламенно-электрическая печь с баком: сочетает в себе нагрев верхним пламенем и нижними/боковыми электродами.
  Преимущества: Улучшенная гомогенизация расплава.
  Недостатки: сложная конструкция, неравномерный нагрев поверхности, высокие потери энергии из-за водяного охлаждения электродов и короткий срок службы из-за износа электродов.

(3) Втулка
Втулка, обычно изготавливаемая из платино-родиевого сплава, является ключевым компонентом для формования волокон. Крупномасштабное производство требует высокопроизводительных втулок. Первоначальные втулки имели 200 отверстий; современные стандарты включают 400, 800 и 1200 отверстий. Развитие технологии изготовления втулок происходит в синергии с развитием печного производства.

2. Технология точного управления 
Расплав базальта представляет собой сложную задачу, связанную с высокими температурами вытягивания/кристаллизации, быстрой кристаллизацией, узким диапазоном температур формования, неравномерным затвердеванием волокон, сильной смачиваемостью втулки и низкой термопроницаемостью. Эти факторы вызывают нестабильность во время вытягивания волокон (например, обрыв, разлет, изменение диаметра). Стабилизация зависит от трех аспектов:

• Однородность и стабильность расплава: достигаются за счет точного смешивания сырья, контроля температуры печи, регулирования уровня расплава и управления давлением.
• Втулка и контроль температуры: Обеспечивает равномерный нагрев втулки и предотвращает кристаллизацию.
• Оптимизация процесса вытяжки: включает точный контроль скорости вытяжки, параметров охлаждения и натяжения волокна.

Ключевые технологии включают в себя передовые системы управления смешиванием материалов, температурой печи, уровнем расплава, давлением в камере, температурой канала, температурой втулки и скоростью волочения. Это обеспечивает стабильное и высококачественное непрерывное производство базальтового волокна.