Виробниче обладнання та технологія точного контролю для безперервного базальтового волокна
1. Основне виробниче обладнання для безперервної Базальтове волокно
Безперервний базальтове волокно Виробництво використовує «одноетапний процес», що характеризується спрощеним робочим процесом, але високими технічними бар'єрами. Порівняно з виробництвом вуглецевого волокна, безперервне базальтове волокно споживає значно менше енергії (менше 1/10 від споживання енергії вуглецевого волокна) та не викидає CO₂, SO₂ чи інших шкідливих газів, що робить його екологічно чистим та низьковуглецевим методом виробництва. Основним термічним обладнанням для безперервного виробництва базальтового волокна є піч, яка поділяється на тигельні печі та резервуарні печі.
(1) Тигельна піч
Тигельна піч зазвичай працює з однією піччю на втулку.
Переваги: Компактний розмір, низькі інвестиції, гнучкість для локального налаштування процесу та придатність для дрібносерійного або спеціалізованого виробництва.
Недоліки: низька теплова ефективність, високе енергоспоживання, нестабільна якість продукції, низька ефективність виробництва та високі загальні витрати.
Наразі тигельні печі домінують у галузі безперервного виробництва базальтового волокна, з річною виробничою потужністю 100–300 тонн. Через деградацію електродів та вогнетривких матеріалів тигельні печі мають короткий термін служби – 6–12 місяців. На ранніх етапах розвитку галузі тигельні печі ідеально підходили для дрібносерійного виробництва та дослідження обладнання.
Типи тигельних печей:
- Тигельна піч з полум'ям: нагрівається природним газом та повітрям.
Плюси: Гнучке керування полум'ям, можливість швидкого запуску/зупинки.
Мінуси: низька температура полум'я, низька здатність до плавлення, втрати енергії через азот (78% повітря), що призводить до шкідливих викидів NOₓ, та нерівномірне нагрівання, що призводить до нестабільної однорідності розплаву. - Повністю електрична тигельна піч: нагрівається зсередини за допомогою пластинчастих або стрижневих електродів.
Плюси: Висока теплова ефективність, рівномірний внутрішній нагрів.
Мінуси: короткий термін служби через знос електродів, що вимагає повної заміни після деградації.
(2) Ванночна піч
Зі зростанням попиту на кількість та якість волокна, резервуарні печі (одна піч з кількома втулками) стали критично важливими для великомасштабного виробництва. Вони дозволяють суворо контролювати температуру, покращувати однорідність розплаву, стабільну якість продукції та високу ефективність, а річна потужність сягає тисяч і десятків тисяч тонн.
Типи резервуарних печей:
- Повністю електрична ваннова піч: використовує стрижневі електроди (горизонтально або знизу встановлені).
Плюси: Висока теплова ефективність та рівномірний нагрів.
Мінуси: гарячі точки електродів, нерівномірний знос та короткий термін служби (~1 рік). - Піч із повністю полум'яним резервуаром: нагрівається природним газом з повітрям або чистим киснем. Спалювання з використанням чистого кисню є кращим для ефективності та зменшення викидів.
Плюси: Тривалий термін служби (3+ років), енергозбереження завдяки чистому кисню.
Мінуси: градієнти температури в глибоких розплавах, хоча поверхневі розплави покращують однорідність. - Гібридна полум'яно-електрична піч з резервуаром: поєднує верхній полум'яний нагрів та нижні/бічні електроди.
Плюси: Покращена гомогенізація розплаву.
Мінуси: складна конструкція, нерівномірний нагрів поверхні, високі втрати енергії через водяне охолодження електродів та короткий термін служби через знос електродів.
(3) Втулка
Втулка, зазвичай виготовлена зі сплаву платини та родію, є основним компонентом для формування волокна. Масштабне виробництво вимагає втулок високої продуктивності. Початкові втулки мали 200 отворів; сучасні стандарти включають 400, 800 та 1200 отворів. Розвиток технології втулок синергізує з розвитком ваннових печей.
2. Технологія точного контролю
Базальтовий розплав має такі проблеми, як високі температури витягування/кристалізації, швидка кристалізація, вузькі температурні вікна формування, нерівномірне затвердіння волокна, висока змочуваність втулки та погана теплопрозорість. Ці фактори викликають нестабільність під час витягування волокна (наприклад, поломка, розліт, зміна діаметра). Стабілізація залежить від трьох аспектів:
- Однорідність та стабільність розплаву: досягається завдяки точному змішуванню сировини, контролю температури печі, регулюванню рівня розплаву та управлінню тиском.
- Контроль втулки та температури: забезпечує рівномірний нагрів втулки та запобігає кристалізації.
- Оптимізація процесу витягування: включає точний контроль швидкості витягування, параметрів охолодження та натягу волокна.
Ключові технології включають передові системи керування змішуванням матеріалів, температурою печі, рівнем розплаву, тиском у камері, температурою каналу, температурою втулки та швидкістю витяжки. Це забезпечує стабільне, високоякісне безперервне виробництво базальтового волокна.
