Две главне технологије континуиране припреме базалтних влакана

1. Метод пламена

Метода пламена подразумева производни процес у којем се топлота директно доводи на површину Базалт топљење у пећи за ватросталну циглу са базалтном структуром. Ова топлота се обично генерише пламеном (као што је сагоревање природног гаса и кисеоника или врућег ваздуха, или плазма пламеном) са врха пећи. Овај примарни метод загревања може се допунити загревањем доње електроде. Читав процес обухвата топљење, бистрење и обликовање.

Мале, самосталне пламене пећи, које су тренутно уобичајене у индустрији, користе само горње грејање сагоревањем природног гаса и немају помоћне доње електроде. Међутим, због велике потрошње енергије, високих трошкова производње и ниске исплативости производа, већина компанија које користе ову технологију доживљава озбиљне губитке и налазе се на ивици банкрота.

Правац развоја методе пламена је пламеном загрејана резервоарска пећ, који користи приступ „комбинације гаса и електричне енергије“ са горњим сагоревањем природног гаса и кисеоника и помоћним загревањем доње електроде. Овај метод „комбинације гаса и електричне енергије“ је апсолутно водећа технологија за производњу Стаклена влакнас, и ове пећи за стаклена влакна раде веома зрело и успешно, посебно јединичне пећи, које су скоро постале стандард за дизајн пећи за извлачење стаклених влакана са резервоаром. Уложени су напори да се ова технологија пренесе на континуирану производњу базалтних влакана, али упркос ограниченим испитивањима, успех још увек није постигнут. У протекле две године, неки су усвојили другачији приступ, прелазећи са чистих природних вулканских сировина на формулисане сировине (тј. укључују велики удео невулканских стена). То је довело до успешног пуштања у рад и рада производних линија за пећи са резервоаром загрејаним пламеном капацитета 10.000 тона годишње и 3.500 тона годишње.

2. Метод потпуно електричног топљења

Метода потпуно електричног топљења подразумева производни процес у коме се електрична енергија директно доводи у базалтни растоп на високој температури унутар пећи за базалт са ватросталном циглом. То се постиже помоћу електрода (као што су графит, молибден, калај диоксид итд.) или (и) других физичких метода (као што су плазма методе). Ова технологија обухвата топљење, бистрење и обликовање.

Кинеска метода континуираног топљења базалтних влакана искључиво електричном енергијом започета је националним програмом 863 2002. године, у оквиру које је завршен мали самостални апарат за цртање пећи користећи ову методу. Значајни продори у континуираном базалтна влакна Технологија потпуно електричног топљења и вучења постигнута је 2016. године, завршетком пилотске изградње потпуно електричне пећи за топљење капацитета хиљаду тона годишње. Овај систем користи вишередне прогресивне електроде, што омогућава дубину нивоа растопљене течности до 1300 мм. Пречник монофиламента производа је концентрисан између 9-22 μм, а укупна потрошња енергије јединице је 3,0-3,5 kWh/kg, што показује одличне ефекте уштеде енергије. 2018. године званично је пуштена у рад потпуно електрична производна линија за пећ за топљење капацитета 1200 тона годишње („један до осам“, користећи млазнице са 400 рупа). Ради стабилно више од три године, што потврђује да век трајања пећи може достићи више од три године.

До данас, за чисте природне вулканске камене сировине, технологија континуиране производње базалтних влакана одржава се само на нивоу технологије резервоарске пећи од хиљаду тона годишње, и искључиво за потпуно електричну методу топљења.

3. Поређење два технолошка пута

Карактеристике високе температуре топљење базалта, наиме његова лоша топлотна проводљивост, висока вискозност и кратка својства материјала, управо су оно што чини производњу континуираних базалтних влакана изазовном.

• Метод пламена

Метода пламена, релативно зрела технологија уведена из бившег Совјетског Савеза (сада Русије и Украјине) и прилагођена специфичним условима Кине, доживела је широку употребу. Међутим, њен највећи недостатак у индустријализацији су високи трошкови производње и ниска исплативост, углавном због инхерентних физичких структурних недостатака у самој методи.

Ниска потрошња топлоте

Код ове методе, природни гас се сагорева са врха пећи, при чему пламен директно загрева површину растопљеног базалта. Преко 60% топлоте се рефлектује од површине растопљеног базалта и односи издувним гасовима. С обзиром на то да високотемпературни базалтни растопљени базалт има топлотну проводљивост десет пута нижу од високотемпературног стакленог растопљеног базалта, пренос топлоте је изузетно спор. Мале, једноделне пећи могу одржавати дубину растопљеног базалта само од око 15 цм. Док пећи са резервоаром за базалт, загрејане пламеном и капацитетом од 10.000 тона годишње, могу достићи дубину растопљеног базалта од 50 цм уз помоћно загревање доње електроде, растопљени базалт формира структуру у облику тањира унутар пећи, што доводи до велике специфичне површине и значајног одвођења топлоте. Губитак топлоте кроз изолационе материјале прелази 10%. Сходно томе, стварна стопа искоришћења топлоте је мања од 30%.

Квалитет са ниском тачком топљења

Због плитког нивоа топљења код методе пламена, одељци за бистрење и хомогенизацију не могу постићи темељну хомогенизацију, што резултира нижим квалитетом топљења.

Емисије издувних гасова

Сагоревање природног гаса производи издувне гасове као што су сумпор и азотни оксиди.

Емисије гасова стаклене баште

Као фосилно гориво, сагоревање природног гаса ослобађа значајне количине угљен-диоксида, гаса стаклене баште.

Висока инвестиција у опрему

Решавање емисије издувних гасова из сагоревања природног гаса захтева мере контроле загађења. Ниско искоришћење топлоте такође захтева мере за рекуперацију отпадне топлоте. Штавише, сагоревање чистог кисеоника захтева опрему за производњу кисеоника. Ова три фактора значајно повећавају улагања у опрему. Јединична инвестиција за метод пламена је приближно 11.000-20.000 RMB по тони.

• Потпуно електрична метода топљења

У поређењу са методом пламена, потпуно електрична метода топљења нуди значајне предности.

Висок квалитет топљења

Технологија потпуно електричног топљења заснива се на принципу да је растоп електрично проводљив у растопљеном стању на високој температури, што омогућава директно довођење електричне енергије у растопљену мрежу ради унутрашњег загревања. Вертикални распоред електрода олакшава вертикално топљење. Пећи за топљење са потпуно електричним резервоарима капацитета хиљаду тона годишње могу постићи дубину растопљеног материјала од преко 1,2 метра, обезбеђујући дужи део за бистрење и хомогенизацију. Изотермна зона високе температуре унутар резервоара је дубља, што доводи до бољег квалитета топљења и хомогенизације базалта.

Енергетска ефикасност

Директно унутрашње загревање растопа, вертикално топљење, дубљи резервоари и покривање површине растопа хладним материјалом доприносе високим брзинама топљења и високој термичкој ефикасности. Прво, електроде директно уметнуте у растоп обезбеђују потпуно искоришћавање Џулове топлоте. Друго, дубоки ниво растопа, са дубином која се приближава унутрашњем пречнику пећи, резултира мањом, готово минималном специфичном површином за растоп. Ова геометријска структура значајно смањује расипање топлоте у поређењу са структуром налик тањиру код методе пламена. Треће, покривање површине растопа хладним материјалом формира „хладни врх пећи“, што додатно смањује губитак топлоте.

Низак угљенични отисак

Технологија топљења која користи искључиво електричну енергију елиминише емисије угљеника повезане са сагоревањем природног гаса методом пламена. Емисије угљеника су искључиво одређене енергетским миксом електроенергетске мреже. Ако се користи хидроенергија или други обновљиви извори енергије, може се постићи нулта емисија угљеника.

Нижа инвестиција

Пошто потпуно електрична метода топљења не укључује сагоревање природног гаса чистим кисеоником, нема потребе за улагањем у опрему за третман издувних гасова у животној средини или опрему за производњу кисеоника. Поред тога, хладни материјал који покрива површину растопљеног материјала значи да није потребно улагање у опрему за рекуперацију отпадне топлоте. Јединична инвестиција за потпуно електричну методу топљења је стога нижа.

Предност у трошковима

Значајне уштеде енергије и нижа амортизација основних средстава претварају се у изразиту предност у трошковима.