Dve hlavné technológie kontinuálnej prípravy čadičových vlákien
1. Metóda plameňa
Plameňová metóda zahŕňa výrobný proces, pri ktorom sa teplo dodáva priamo na povrch Čadič taviť v čadičovej peci so žiaruvzdornou tehlovou konštrukciou. Toto teplo je zvyčajne generované plameňmi (ako napríklad spaľovaním zemného plynu s kyslíkom alebo horúcim vzduchom, alebo plazmovými plameňmi) z hornej časti pece. Túto primárnu metódu ohrevu možno doplniť ohrevom spodnej elektródy. Celý proces zahŕňa tavenie, čírenie a tvarovanie.
Malé, samostatné plameňové pece, ktoré sú v súčasnosti v tomto odvetví bežné, využívajú iba horný ohrev spaľovaním zemného plynu a chýbajú im pomocné spodné elektródy. Avšak kvôli ich vysokej spotrebe energie, vysokým výrobným nákladom a nízkej nákladovej efektívnosti produktu väčšina spoločností používajúcich túto technológiu zaznamenáva vážne straty a je na pokraji bankrotu.
Smer vývoja plameňovej metódy je plameňom vyhrievaná vanová pec, ktorá využíva prístup „kombinácie plynu a elektriny“ s horným spaľovaním zemného plynu a kyslíka a pomocným ohrevom spodnej elektródy. Táto metóda „kombinácie plynu a elektriny“ je absolútne najpoužívanejšou technológiou pre výrobu Sklenené vláknos a tieto pece na výrobu sklenených vlákien fungujú veľmi zrelo a úspešne, najmä jednotkové pece, ktoré sa stali takmer štandardom pre konštrukcie pecí na ťahanie sklenených vlákien. Vynaložilo sa úsilie na prenos tejto technológie na kontinuálnu výrobu čadičových vlákien, ale napriek obmedzeným pokusom sa zatiaľ nepodarilo dosiahnuť úspech. V posledných dvoch rokoch niektorí zvolili iný prístup a prešli z čistých prírodných vulkanických hornín na formulované suroviny (t. j. s pridaním veľkého podielu nevulkanických hornín). To viedlo k úspešnému uvedeniu do prevádzky a prevádzke výrobných liniek plameňom vyhrievaných vanových pecí s kapacitou 10 000 ton/rok a 3 500 ton/rok.
2. Metóda plne elektrického tavenia
Metóda plne elektrického tavenia zahŕňa výrobný proces, pri ktorom sa elektrická energia priamo dodáva do vysokoteplotnej čadičovej taveniny v čadičovej peci so žiaruvzdornou tehlovou štruktúrou. To sa dosahuje pomocou elektród (ako je grafit, molybdén, oxid cínu atď.) alebo (a) iných fyzikálnych metód (ako sú plazmové metódy). Táto technológia zahŕňa tavenie, čírenie a tvarovanie.
Čínska metóda kontinuálneho tavenia čadičových vlákien plne elektrickou technológiou sa začala v roku 2002 s národným programom 863, v rámci ktorého bolo dokončené samostatné zariadenie na ťahanie pecí v malom rozsahu s použitím tejto metódy. Významné prelomy v kontinuálnom tavení... čadičové vlákno Technológia plne elektrického tavenia a ťahania bola dosiahnutá v roku 2016 dokončením pilotnej prevádzky plne elektrickej taviacej vanovej pece s kapacitou tisíc ton/rok. Tento systém využíva viacradové progresívne elektródy, ktoré umožňujú dosiahnuť hĺbku hladiny taveniny až 1300 mm. Priemer monofilu produktu je koncentrovaný medzi 9 – 22 μm a celková spotreba energie jednotky je 3,0 – 3,5 kWh/kg, čo preukazuje vynikajúce účinky úspory energie. V roku 2018 bola oficiálne uvedená do prevádzky plne elektrická výrobná linka taviacej vanovej pece s kapacitou 1200 ton/rok („jedna až osem“, s použitím 400-otvorových zvlákňovacích trysiek). Beží stabilne už viac ako tri roky, čo potvrdzuje, že životnosť pece môže dosiahnuť viac ako tri roky.
V súčasnosti sa v prípade čistých prírodných vulkanických hornín technológia kontinuálnej výroby čadičových vlákien udržiava iba na úrovni technológie tankovej pece s kapacitou tisíc ton/rok a výlučne pre plne elektrickú metódu tavenia.
3. Porovnanie dvoch technologických trás
Charakteristiky vysokej teploty čadičová tavenina, a to najmä jeho nízka tepelná vodivosť, vysoká viskozita a krátke materiálové vlastnosti, sú práve to, čo robí výrobu kontinuálnych čadičových vlákien náročnou.
- Metóda plameňa
Plameňová metóda, relatívne vyspelá technológia zavedená z bývalého Sovietskeho zväzu (dnes Rusko a Ukrajina) a prispôsobená špecifickým podmienkam Číny, sa široko používa. Jej najväčšou nevýhodou v industrializácii sú však vysoké výrobné náklady a nízka nákladová efektívnosť, najmä kvôli inherentným fyzikálnym štrukturálnym chybám samotnej metódy.
Nízke využitie tepla
Pri tejto metóde sa zemný plyn spaľuje z vrchu pece, pričom plameň priamo ohrieva povrch čadičovej taveniny. Viac ako 60 % tepla sa odráža od povrchu taveniny a odvádza sa výfukovými plynmi. Vzhľadom na to, že vysokoteplotná čadičová tavenina má tepelnú vodivosť desaťkrát nižšiu ako vysokoteplotná sklenená tavenina, prenos tepla je extrémne pomalý. Malé, jednodielne pece dokážu udržať hĺbku taveniny iba približne 15 cm. Zatiaľ čo pece s plameňom ohrievané čadičové dávkové pece s kapacitou 10 000 ton/rok dokážu dosiahnuť hĺbku taveniny 50 cm s pomocným ohrevom spodnej elektródy, tavenina tvorí v peci miskovitú štruktúru, čo vedie k veľkému špecifickému povrchu a významnému odvodu tepla. Strata tepla cez izolačné materiály presahuje 10 %. V dôsledku toho je skutočná miera využitia tepla nižšia ako 30 %.
Nízka teplota topenia
Kvôli plytkej hladine taveniny pri plameňovej metóde nemôžu sekcie čírenia a homogenizácie dosiahnuť dôkladnú homogenizáciu, čo vedie k nižšej kvalite tavenia.
Emisie výfukových plynov
Spaľovaním zemného plynu vznikajú výfukové plyny, ako sú oxidy síry a dusíka.
Emisie skleníkových plynov
Ako fosílne palivo sa pri spaľovaní zemného plynu uvoľňuje značné množstvo CO2, skleníkového plynu.
Vysoké investície do vybavenia
Riešenie emisií výfukových plynov zo spaľovania zemného plynu si vyžaduje opatrenia na kontrolu znečistenia. Nízke využitie tepla si tiež vyžaduje opatrenia na spätné získavanie odpadového tepla. Okrem toho, spaľovanie čistého kyslíka si vyžaduje zariadenie na výrobu kyslíka. Tieto tri faktory výrazne zvyšujú investície do zariadení. Jednotková investícia pre plameňovú metódu je približne 11 000 – 20 000 RMB na tonu.
- Metóda plne elektrického tavenia
V porovnaní s plameňovou metódou ponúka plne elektrická metóda tavenia značné výhody.
Vysoká kvalita topenia
Technológia plne elektrického tavenia je založená na princípe, že tavenina je v roztavenom stave s vysokou teplotou elektricky vodivá, čo umožňuje priamy prívod elektrickej energie do taveniny na vnútorné ohrev. Vertikálne usporiadanie elektród uľahčuje vertikálne tavenie. V peciach s plne elektrickým tavením s kapacitou tisíc ton ročne sa dosahuje hĺbka taveniny viac ako 1,2 metra, čo poskytuje dlhšiu sekciu čírenia a homogenizácie. Izotermická zóna s vysokou teplotou v nádrži je hlbšia, čo vedie k lepšej kvalite tavenia a homogenizácie čadiča.
Energetická účinnosť
Priamy vnútorný ohrev taveniny, vertikálne tavenie, hlbšie nádrže a pokrytie povrchu taveniny studeným materiálom prispievajú k vysokým rýchlostiam tavenia a vysokej tepelnej účinnosti. Po prvé, elektródy priamo vložené do taveniny zabezpečujú plné využitie Jouleovho tepla. Po druhé, hlboká hladina taveniny, ktorej hĺbka sa blíži k vnútornému priemeru pece, má za následok menší, takmer minimálny merný povrch taveniny. Táto geometrická štruktúra výrazne znižuje rozptyl tepla v porovnaní s miskovitou štruktúrou plameňovej metódy. Po tretie, pokrytie povrchu taveniny studeným materiálom vytvára „studený vrch pece“, čo ďalej znižuje tepelné straty.
Nízka uhlíková stopa
Technológia plne elektrického tavenia eliminuje emisie uhlíka spojené so spaľovaním zemného plynu pri plameňovej metóde. Jej emisie uhlíka sú určené výlučne energetickým mixom elektrickej siete. Ak sa použije vodná energia alebo iné obnoviteľné zdroje energie, možno dosiahnuť nulové emisie uhlíka.
Nižšie investície
Keďže plne elektrická metóda tavenia nezahŕňa spaľovanie zemného plynu čistým kyslíkom, nie je potrebné investovať do zariadení na úpravu životného prostredia z výfukových plynov ani do zariadení na výrobu kyslíka. Okrem toho, pokrytie studeným materiálom na povrchu taveniny znamená, že nie sú potrebné žiadne investície do zariadenia na spätné získavanie odpadového tepla. Jednotková investícia pri plne elektrickej metóde tavenia je preto nižšia.
Výhoda nákladov
Významné úspory energie a nižšie odpisy dlhodobého majetku sa premietajú do výraznej cenovej výhody.
