เทคโนโลยีการเตรียมเส้นใยบะซอลต์ต่อเนื่องหลักสองแบบ

1. วิธีเปลวไฟ

วิธีการใช้เปลวไฟเกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิตที่ความร้อนถูกส่งโดยตรงไปยังพื้นผิวของ หินบะซอลต์ หลอมภายในเตาเผาหินบะซอลต์ที่มีโครงสร้างเป็นอิฐทนไฟ ความร้อนนี้มักเกิดจากเปลวไฟ (เช่น การเผาไหม้ของก๊าซธรรมชาติ-ออกซิเจน หรืออากาศร้อน หรือเปลวไฟพลาสมา) จากด้านบนของเตาเผา วิธีการให้ความร้อนขั้นต้นนี้สามารถเสริมด้วยการให้ความร้อนด้วยอิเล็กโทรดด้านล่าง กระบวนการทั้งหมดครอบคลุมการหลอม การทำให้บริสุทธิ์ และการขึ้นรูป

เตาเผาเปลวไฟแบบสแตนด์อโลนขนาดเล็ก ซึ่งกำลังเป็นที่นิยมในอุตสาหกรรมในปัจจุบัน ใช้ความร้อนจากการเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติจากด้านบนเท่านั้น และไม่มีอิเล็กโทรดเสริมจากด้านล่าง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการใช้พลังงานสูง ต้นทุนการผลิตสูง และความคุ้มค่าของผลิตภัณฑ์ต่ำ บริษัทส่วนใหญ่ที่ใช้เทคโนโลยีนี้จึงประสบภาวะขาดทุนอย่างหนักและใกล้จะล้มละลาย

ทิศทางการพัฒนาวิธีเปลวไฟคือ เตาเผาถังความร้อนด้วยเปลวไฟซึ่งใช้วิธีการ "ผสมผสานก๊าซและไฟฟ้า" ร่วมกับการเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติและออกซิเจนจากด้านบน และการให้ความร้อนด้วยอิเล็กโทรดด้านล่างเสริม วิธีการ "ผสมผสานก๊าซและไฟฟ้า" นี้เป็นเทคโนโลยีกระแสหลักสำหรับการผลิต ไฟเบอร์กลาสs และเตาเผาไฟเบอร์กลาสเหล่านี้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและประสบความสำเร็จอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเตาเผาแบบยูนิต ซึ่งเกือบจะกลายเป็นมาตรฐานสำหรับการออกแบบเตาเผาแบบถังไฟเบอร์กลาส มีความพยายามในการถ่ายทอดเทคโนโลยีนี้ไปสู่การผลิตเส้นใยบะซอลต์อย่างต่อเนื่อง แต่แม้จะมีการทดลองที่จำกัด แต่ก็ยังไม่ประสบความสำเร็จ ในช่วงสองปีที่ผ่านมา บางรายได้ใช้แนวทางที่แตกต่างออกไป โดยเปลี่ยนจากวัตถุดิบหินภูเขาไฟธรรมชาติล้วนๆ มาเป็นวัตถุดิบสูตรผสม (กล่าวคือ ผสมหินที่ไม่ใช่ภูเขาไฟในสัดส่วนที่มาก) ส่งผลให้การเดินเครื่องและการดำเนินงานของสายการผลิตเตาเผาแบบถังที่ใช้ความร้อนด้วยเปลวไฟขนาด 10,000 ตัน/ปี และ 3,500 ตัน/ปี ประสบความสำเร็จ

2. วิธีการหลอมด้วยไฟฟ้าทั้งหมด

วิธีการหลอมด้วยไฟฟ้าล้วนเกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิตที่ส่งพลังงานไฟฟ้าโดยตรงไปยังหินบะซอลต์หลอมเหลวอุณหภูมิสูงภายในเตาเผาหินบะซอลต์ที่มีโครงสร้างเป็นอิฐทนไฟ วิธีนี้ทำได้โดยใช้อิเล็กโทรด (เช่น กราไฟต์ โมลิบดีนัม ดีบุกไดออกไซด์ ฯลฯ) หรือ (และ) วิธีการทางกายภาพอื่นๆ (เช่น วิธีพลาสมา) เทคโนโลยีนี้ครอบคลุมการหลอม การทำให้บริสุทธิ์ และการขึ้นรูป

วิธีการหลอมเส้นใยบะซอลต์แบบต่อเนื่องด้วยไฟฟ้าทั้งหมดของประเทศจีน เริ่มต้นจากโครงการ 863 แห่งชาติในปี พ.ศ. 2545 ซึ่งได้ดำเนินการสร้างอุปกรณ์ดึงเตาเผาแบบสแตนด์อโลนขนาดเล็กโดยใช้วิธีการนี้ ความก้าวหน้าที่สำคัญในกระบวนการผลิตเส้นใยบะซอลต์แบบต่อเนื่อง เส้นใยบะซอลต์ เทคโนโลยีการดึงหลอมโลหะด้วยไฟฟ้าทั้งหมดประสบความสำเร็จในปี พ.ศ. 2559 ด้วยการสร้างเตาหลอมถังหลอมโลหะด้วยไฟฟ้าทั้งหมดขนาด 1,000 ตัน/ปี ในระดับนำร่อง ระบบนี้ใช้อิเล็กโทรดแบบโปรเกรสซีฟหลายแถว ทำให้สามารถหลอมของเหลวในระดับความลึกสูงสุด 1,300 มิลลิเมตร เส้นผ่านศูนย์กลางโมโนฟิลาเมนต์ของผลิตภัณฑ์มีความเข้มข้นระหว่าง 9-22 ไมโครเมตร และใช้พลังงานต่อหน่วยโดยรวมอยู่ที่ 3.0-3.5 กิโลวัตต์ชั่วโมง/กิโลกรัม ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการประหยัดพลังงานที่ยอดเยี่ยม ในปี พ.ศ. 2561 สายการผลิตเตาหลอมถังหลอมโลหะด้วยไฟฟ้าทั้งหมดขนาด 1,200 ตัน/ปี ("หนึ่งถึงแปด" โดยใช้หัวปั่นแบบ 400 รู) ได้เริ่มดำเนินการอย่างเป็นทางการ สายการผลิตนี้ทำงานได้อย่างเสถียรมานานกว่าสามปี ซึ่งยืนยันว่าอายุการใช้งานของเตาเผาสามารถยาวนานกว่าสามปี

จนถึงปัจจุบัน สำหรับวัตถุดิบหินภูเขาไฟธรรมชาติบริสุทธิ์ เทคโนโลยีการผลิตเส้นใยบะซอลต์แบบต่อเนื่องได้รับการรักษาไว้เฉพาะในระดับเทคโนโลยีเตาเผาถังขนาดพันตัน/ปีเท่านั้น และสำหรับวิธีการหลอมด้วยไฟฟ้าทั้งหมดโดยเฉพาะ

3. การเปรียบเทียบเส้นทางเทคโนโลยีทั้งสองเส้นทาง

ลักษณะเฉพาะของอุณหภูมิสูง หินบะซอลต์ละลายกล่าวคือ การนำความร้อนที่ไม่ดี ความหนืดสูง และคุณสมบัติของวัสดุที่สั้น เป็นสิ่งที่ทำให้การผลิตเส้นใยบะซอลต์แบบต่อเนื่องเป็นเรื่องท้าทาย

• วิธีเปลวไฟ

วิธีการเผาด้วยเปลวไฟ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างก้าวหน้าซึ่งนำเข้ามาจากอดีตสหภาพโซเวียต (ปัจจุบันคือรัสเซียและยูเครน) และปรับให้เหมาะกับสภาพเฉพาะของจีน ได้รับการนำไปใช้อย่างแพร่หลาย อย่างไรก็ตาม ข้อเสียเปรียบที่สำคัญที่สุดในการพัฒนาอุตสาหกรรมคือต้นทุนการผลิตที่สูงและประสิทธิภาพด้านต้นทุนต่ำ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นผลมาจากข้อบกพร่องทางกายภาพเชิงโครงสร้างที่มีอยู่ในวิธีการนี้เอง

การใช้ความร้อนต่ำ

วิธีนี้ ก๊าซธรรมชาติจะถูกเผาไหม้จากด้านบนของเตาเผา โดยเปลวไฟจะให้ความร้อนโดยตรงบนพื้นผิวหลอมหินบะซอลต์ ความร้อนมากกว่า 60% สะท้อนจากพื้นผิวหลอมและถูกพัดพาไปกับก๊าซไอเสีย เนื่องจากหินบะซอลต์หลอมที่อุณหภูมิสูงมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าแก้วหลอมที่อุณหภูมิสูงถึงสิบเท่า การถ่ายเทความร้อนจึงช้ามาก เตาเผาขนาดเล็กแบบหน่วยเดียวสามารถรักษาความลึกของหินหลอมได้เพียงประมาณ 15 เซนติเมตร ในขณะที่เตาเผาหินบะซอลต์แบบถังผสมที่ใช้ความร้อนด้วยเปลวไฟ 10,000 ตัน/ปี สามารถรักษาความลึกของหินหลอมได้ถึง 50 เซนติเมตร โดยใช้ความร้อนจากอิเล็กโทรดด้านล่างเสริม แต่หินหลอมจะก่อตัวเป็นโครงสร้างคล้ายจานภายในเตาเผา ส่งผลให้มีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่และเกิดการกระจายความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ การสูญเสียความร้อนผ่านวัสดุฉนวนเกิน 10% ส่งผลให้อัตราการใช้ความร้อนจริงน้อยกว่า 30%

คุณภาพการหลอมเหลวต่ำ

เนื่องจากระดับการหลอมที่ตื้นในวิธีการเปลวไฟ ส่วนการทำให้บริสุทธิ์และการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันไม่สามารถทำให้เป็นเนื้อเดียวกันได้อย่างทั่วถึง ส่งผลให้คุณภาพการหลอมลดลง

การปล่อยก๊าซไอเสีย

การเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติก่อให้เกิดก๊าซไอเสีย เช่น กำมะถันและไนโตรเจนออกไซด์

การปล่อยก๊าซเรือนกระจก

การเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลซึ่งปล่อย CO2 ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกออกมาในปริมาณมาก

การลงทุนในอุปกรณ์สูง

การแก้ไขปัญหาการปล่อยก๊าซไอเสียจากการเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติจำเป็นต้องมีมาตรการควบคุมมลพิษ การใช้ความร้อนต่ำยังจำเป็นต้องมีมาตรการนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่ นอกจากนี้ การเผาไหม้ออกซิเจนบริสุทธิ์ยังจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ผลิตออกซิเจน ปัจจัยทั้งสามประการนี้เพิ่มการลงทุนด้านอุปกรณ์อย่างมาก การลงทุนต่อหน่วยสำหรับวิธีเปลวไฟอยู่ที่ประมาณ 11,000-20,000 หยวนต่อตัน

• วิธีการหลอมด้วยไฟฟ้าทั้งหมด

เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีเปลวไฟ วิธีการหลอมด้วยไฟฟ้าทั้งหมดมีข้อได้เปรียบที่เห็นได้ชัด

คุณภาพการหลอมละลายสูง

เทคโนโลยีการหลอมโลหะด้วยไฟฟ้าทั้งหมดตั้งอยู่บนหลักการที่ว่าโลหะหลอมเหลวสามารถนำไฟฟ้าได้ในสถานะหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูง ทำให้สามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับโลหะหลอมเหลวโดยตรงเพื่อให้ความร้อนภายใน การจัดวางอิเล็กโทรดในแนวตั้งช่วยให้การหลอมโลหะในแนวตั้งสะดวกยิ่งขึ้น เตาหลอมแบบถังหลอมโลหะด้วยไฟฟ้าทั้งหมดที่มีกำลังการผลิตหลายพันตันต่อปี สามารถหลอมโลหะหลอมเหลวได้ลึกกว่า 1.2 เมตร ทำให้มีพื้นที่สำหรับการแยกตัวและการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันที่ยาวขึ้น โซนอุณหภูมิคงที่อุณหภูมิสูงภายในถังมีความลึกมากขึ้น ส่งผลให้คุณภาพการหลอมและการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันของหินบะซอลต์ดีขึ้น

ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

การให้ความร้อนภายในโดยตรงของของเหลวหลอมเหลว การหลอมเหลวในแนวตั้ง ถังที่ลึกกว่า และการปกคลุมของวัสดุที่เย็นบนพื้นผิวของของเหลวหลอมเหลว ล้วนมีส่วนช่วยให้อัตราการหลอมเหลวสูงและประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูง ประการแรก การใส่อิเล็กโทรดลงในของเหลวหลอมเหลวโดยตรงช่วยให้มั่นใจได้ว่าความร้อนจูลจะถูกนำไปใช้ประโยชน์อย่างเต็มที่ ประการที่สอง ระดับของเหลวหลอมเหลวที่ลึก ซึ่งความลึกของของเหลวหลอมเหลวจะเข้าใกล้เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของเตาหลอม ทำให้พื้นที่ผิวจำเพาะของของเหลวหลอมเหลวมีขนาดเล็กลงและเกือบจะน้อยที่สุด โครงสร้างทางเรขาคณิตนี้ช่วยลดการกระจายความร้อนได้อย่างมากเมื่อเทียบกับโครงสร้างแบบจานของวิธีเปลวไฟ ประการที่สาม การปกคลุมของวัสดุที่เย็นบนพื้นผิวของของเหลวหลอมเหลวก่อให้เกิด "ยอดเตาหลอมเย็น" ซึ่งช่วยลดการสูญเสียความร้อนได้มากยิ่งขึ้น

รอยเท้าคาร์บอนต่ำ

เทคโนโลยีการหลอมด้วยไฟฟ้าทั้งหมดช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนที่เกี่ยวข้องกับการเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติในเปลวไฟ การปล่อยก๊าซคาร์บอนถูกกำหนดโดยการผสมผสานพลังงานของโครงข่ายไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว หากใช้พลังงานน้ำหรือแหล่งพลังงานหมุนเวียนอื่นๆ จะทำให้การปล่อยก๊าซคาร์บอนเป็นศูนย์

การลงทุนที่ต่ำลง

เนื่องจากวิธีการหลอมด้วยไฟฟ้าทั้งหมดไม่ได้เกี่ยวข้องกับการเผาไหม้ออกซิเจนบริสุทธิ์ของก๊าซธรรมชาติ จึงไม่จำเป็นต้องลงทุนในอุปกรณ์บำบัดสิ่งแวดล้อมไอเสียหรืออุปกรณ์ผลิตออกซิเจน นอกจากนี้ การปกคลุมของวัสดุเย็นบนพื้นผิวหลอมเหลวทำให้ไม่จำเป็นต้องลงทุนในอุปกรณ์นำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่ ดังนั้น การลงทุนต่อหน่วยสำหรับวิธีการหลอมด้วยไฟฟ้าทั้งหมดจึงต่ำกว่า

ข้อได้เปรียบด้านต้นทุน

การประหยัดพลังงานอย่างมีนัยสำคัญและค่าเสื่อมราคาของสินทรัพย์ถาวรที่ลดลงส่งผลให้เกิดข้อได้เปรียบด้านต้นทุนที่ชัดเจน