Två vanliga tekniker för kontinuerlig basaltfiberberedning

1. Flammetoden

Flammetoden innebär en produktionsprocess där värme tillförs direkt till ytan av Basalt smälta i en basaltugn med eldfast tegelstruktur. Denna värme genereras vanligtvis av lågor (såsom naturgas-syre eller varmluftsförbränning, eller plasmaflammor) från toppen av ugnen. Denna primära uppvärmningsmetod kan kompletteras med uppvärmning med bottenelektroder. Hela processen omfattar smältning, klarning och formning.

Små, fristående flamugnar, som för närvarande är vanliga i branschen, använder endast naturgasförbränning ovanifrån och saknar hjälpelektroder undertill. Men på grund av deras höga energiförbrukning, höga produktionskostnader och låga produktkostnadseffektivitet upplever de flesta företag som använder denna teknik allvarliga förluster och är på gränsen till konkurs.

Utvecklingsriktningen för flammetoden är flamuppvärmd tankugn, som använder en "gas-elektrisk kombination"-metod med förbränning av naturgas och syre från ovansidan och uppvärmning av bottenelektroder. Denna "gas-elektriska kombination"-metod är den absoluta mainstream-tekniken för tillverkning Glasfibers, och dessa glasfiberugnar fungerar mycket moget och framgångsrikt, särskilt enhetsugnarna, som nästan har blivit standarden för konstruktioner av glasfibertankugnar. Ansträngningar har gjorts för att överföra denna teknik till kontinuerlig basaltfibertillverkning, men trots begränsade försök har framgång ännu inte uppnåtts. Under de senaste två åren har vissa valt en annan strategi och bytt från rena naturliga vulkaniska bergarter till formulerade råvaror (dvs. införlivat en stor andel icke-vulkanisk bergart). Detta har lett till framgångsrik idrifttagning och drift av produktionslinjer för flamuppvärmda tankugnar med en kapacitet på 10 000 ton/år och 3 500 ton/år.

2. Helelektrisk smältmetod

Den helelektriska smältmetoden innebär en produktionsprocess där elektrisk energi levereras direkt till den högtemperaturbaserade basaltsmältan i en eldfast tegelstrukturerad basaltugn. Detta uppnås med hjälp av elektroder (såsom grafit, molybden, tenndioxid etc.) eller (och) andra fysikaliska metoder (såsom plasmametoder). Denna teknik omfattar smältning, klarning och formning.

Kinas kontinuerliga helelektriska smältmetod för basaltfibrer började med det nationella 863-programmet år 2002, som slutförde en småskalig fristående ugnsdragningsapparat med denna metod. Betydande genombrott inom kontinuerlig smältning basaltfiber Helelektrisk smältdragningsteknik uppnåddes 2016, med färdigställandet av en pilotskalig helelektrisk smälttankugn med en kapacitet på tusen ton/år. Detta system använder flerradiga progressiva elektroder, vilket möjliggör ett smältvätskedjup på upp till 1300 mm. Produktens monofilamentdiameter är koncentrerad mellan 9-22 μm, och den totala enhetens effektförbrukning är 3,0-3,5 kWh/kg, vilket visar utmärkta energibesparande effekter. År 2018 togs en helelektrisk produktionslinje för smälttankugnar med en kapacitet på 1200 ton/år ("ett-till-åtta", med 400-håls spinndysor) officiellt i drift. Den har körts stabilt i över tre år, vilket verifierar att ugnens livslängd kan nå mer än tre år.

Hittills, för rena naturliga vulkaniska bergarter, upprätthålls kontinuerlig tillverkningsteknik för basaltfibrer endast på nivån för tusenton/år-tankugnar, och uteslutande för den helelektriska smältmetoden.

3. Jämförelse av de två teknologiska vägarna

Egenskaperna hos högtemperatur basaltsmälta, nämligen dess dåliga värmeledningsförmåga, höga viskositet och korta materialegenskaper, är just det som gör tillverkningen av kontinuerlig basaltfiber utmanande.

• Flammetod

Flammetoden, en relativt mogen teknik som introducerades från det tidigare Sovjetunionen (nu Ryssland och Ukraina) och anpassades för Kinas specifika förhållanden, har fått en utbredd användning. Dess största nackdel inom industrialiseringen är dock höga produktionskostnader och låg kostnadseffektivitet, till stor del på grund av inneboende fysiska strukturella defekter i själva metoden.

Låg värmeutnyttjande

I denna metod förbränns naturgas från ugnens topp, varvid lågan direkt värmer upp basaltsmältans yta. Över 60 % av värmen reflekteras av smältans yta och förs bort av avgaser. Med tanke på att högtemperaturbasaltsmälta har en värmeledningsförmåga som är tio gånger lägre än högtemperaturglassmälta, är värmeöverföringen extremt långsam. Små ugnar med en enda enhet kan bara bibehålla ett smältdjup på cirka 15 cm. Medan flamuppvärmda basaltbatchtankugnar med en kapacitet på 10 000 ton/år kan nå ett smältdjup på 50 cm med hjälp av bottenelektroduppvärmning, bildar smältan en skålliknande struktur inuti ugnen, vilket leder till en stor specifik yta och betydande värmeavledning. Värmeförlusten genom isoleringsmaterial överstiger 10 %. Följaktligen är den faktiska värmeutnyttjningsgraden mindre än 30 %.

Låg smältkvalitet

På grund av den grunda smältnivån i flammetoden kan klarnings- och homogeniseringssektionerna inte uppnå en fullständig homogenisering, vilket resulterar i lägre smältkvalitet.

Avgasutsläpp

Förbränning av naturgas producerar avgaser som svavel- och kväveoxider.

Utsläpp av växthusgaser

Som fossilt bränsle frigör förbränning av naturgas betydande mängder koldioxid, en växthusgas.

Höga investeringar i utrustning

Att hantera avgasutsläpp från naturgasförbränning kräver åtgärder för föroreningskontroll. Den låga värmeanvändningen kräver också åtgärder för återvinning av spillvärme. Dessutom kräver förbränning av ren syre utrustning för syregenerering. Dessa tre faktorer ökar investeringarna i utrustningen avsevärt. Enhetsinvesteringen för flammetoden är cirka 11 000–20 000 RMB per ton.

• Helelektrisk smältmetod

Jämfört med flammetoden erbjuder den helelektriska smältmetoden anmärkningsvärda fördelar.

Hög smältkvalitet

Den helelektriska smälttekniken bygger på principen att smältan är elektriskt ledande i ett högtemperatursmält tillstånd, vilket gör att elektrisk energi kan tillföras direkt till smältan för intern uppvärmning. Det vertikala arrangemanget av elektroder underlättar vertikal smältning. Helelektriska smälttankugnar med en årlig produktionskapacitet på tusen ton kan uppnå ett smältdjup på över 1,2 meter, vilket ger en längre klarnings- och homogeniseringssektion. Den högtemperaturisotermiska zonen i tanken är djupare, vilket leder till bättre smält- och homogeniseringskvalitet för basalt.

Energieffektivitet

Direkt intern uppvärmning av smältan, vertikal smältning, djupare tankar och kallt materialtäckning på smältans yta bidrar till höga smälthastigheter och hög termisk verkningsgrad. För det första säkerställer elektroder som sätts in direkt i smältan fullt utnyttjande av Joule-värmen. För det andra resulterar den djupa smältnivån, med ett djup som närmar sig ugnens innerdiameter, i en mindre, nästan minimal specifik yta för smältan. Denna geometriska struktur minskar värmeavledningen avsevärt jämfört med den skålliknande strukturen hos flammetoden. För det tredje bildar det kalla materialtäckningen på smältans yta en "kall ugnstopp", vilket ytterligare minskar värmeförlusten.

Lågt koldioxidavtryck

Den helelektriska smälttekniken eliminerar koldioxidutsläppen som är förknippade med förbränning av naturgas i flammetoden. Koldioxidutsläppen bestäms enbart av elnätets energimix. Om vattenkraft eller andra förnybara energikällor används kan noll koldioxidutsläpp uppnås.

Lägre investeringar

Eftersom den helelektriska smältmetoden inte involverar ren syreförbränning av naturgas, finns det inget behov av att investera i utrustning för miljörening av avgaser eller syregenereringsutrustning. Dessutom innebär det kalla materialet på smältytan att ingen investering i utrustning för återvinning av spillvärme krävs. Enhetsinvesteringen för den helelektriska smältmetoden är därför lägre.

Kostnadsfördel

Betydande energibesparingar och lägre avskrivningar på anläggningstillgångar leder till en tydlig kostnadsfördel.