Thiết bị sản xuất và công nghệ kiểm soát chính xác cho sợi bazan liên tục

1. Thiết bị sản xuất chính cho liên tục Sợi bazan 
Liên tục sợi bazan Quy trình sản xuất áp dụng "quy trình một bước", đặc trưng bởi quy trình làm việc đơn giản nhưng rào cản kỹ thuật cao. So với sản xuất sợi carbon, sợi bazan liên tục tiêu thụ ít năng lượng hơn đáng kể (ít hơn 1/10 mức tiêu thụ năng lượng của sợi carbon) và không thải ra CO₂, SO₂ hoặc các khí độc hại khác, khiến đây trở thành phương pháp sản xuất thân thiện với môi trường và ít carbon. Thiết bị nhiệt chính cho sản xuất sợi bazan liên tục là lò nung, được phân loại thành lò nung kiểu nồi nấu và lò nung kiểu bể chứa.

(1) Lò nung
Lò nung thường hoạt động với một lò nung cho mỗi ống lót.
Ưu điểm: Kích thước nhỏ gọn, đầu tư thấp, linh hoạt trong việc điều chỉnh quy trình cục bộ và phù hợp với sản xuất hàng loạt nhỏ hoặc chuyên biệt.
Nhược điểm: Hiệu suất nhiệt thấp, tiêu thụ năng lượng cao, chất lượng sản phẩm không đồng đều, hiệu quả sản xuất thấp và tổng chi phí cao.
Hiện nay, lò nung chảy chiếm ưu thế trong ngành sợi bazan liên tục, với công suất sản xuất hàng năm từ 100–300 tấn. Do sự xuống cấp của điện cực và vật liệu chịu lửa, lò nung chảy chảy có tuổi thọ ngắn, chỉ từ 6–12 tháng. Trong giai đoạn đầu phát triển của ngành, lò nung chảy chảy là lựa chọn lý tưởng cho sản xuất quy mô nhỏ và nghiên cứu thiết bị.
Các loại lò nung:

• Lò nung ngọn lửa: Được nung nóng bằng khí đốt tự nhiên và không khí.
  Ưu điểm: Kiểm soát ngọn lửa linh hoạt, khả năng khởi động/dừng nhanh.
  Nhược điểm: Nhiệt độ ngọn lửa thấp, khả năng nóng chảy kém, lãng phí năng lượng do nitơ (78% không khí) tạo ra khí thải NOₓ có hại và gia nhiệt không đều dẫn đến độ đồng nhất khi nóng chảy không ổn định.
• Lò nung hoàn toàn bằng điện: Được nung nóng bên trong thông qua điện cực dạng tấm hoặc thanh.
  Ưu điểm: Hiệu suất nhiệt cao, gia nhiệt bên trong đồng đều.
  Nhược điểm: Tuổi thọ ngắn do điện cực bị mài mòn, cần phải thay thế hoàn toàn sau khi bị xuống cấp.

(2) Lò nung thùng
Khi nhu cầu về số lượng và chất lượng sợi ngày càng tăng, lò bể (một lò với nhiều ống lót) đã trở nên quan trọng đối với sản xuất quy mô lớn. Chúng cho phép kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ, cải thiện độ đồng nhất của hỗn hợp nóng chảy, chất lượng sản phẩm ổn định và hiệu suất cao, với công suất hàng năm lên tới hàng nghìn đến hàng chục nghìn tấn.
Các loại lò bể chứa:

• Lò nung hoàn toàn bằng điện: Sử dụng điện cực thanh (lắp theo chiều ngang hoặc lắp phía dưới).
  Ưu điểm: Hiệu suất nhiệt cao và gia nhiệt đồng đều.
  Nhược điểm: Điểm nóng của điện cực, độ mòn không đều và tuổi thọ ngắn (~1 năm).
• Lò đốt thùng toàn ngọn lửa: Được đốt nóng bằng khí tự nhiên kết hợp với không khí hoặc oxy nguyên chất. Quá trình đốt oxy nguyên chất được ưu tiên vì hiệu quả cao và giảm phát thải.
  Ưu điểm: Tuổi thọ cao (trên 3 năm), tiết kiệm năng lượng nhờ oxy nguyên chất.
  Nhược điểm: Nhiệt độ thay đổi ở vùng nóng chảy sâu, mặc dù vùng nóng chảy nông giúp cải thiện tính đồng nhất.
• Lò nung điện kết hợp ngọn lửa: Kết hợp sưởi ấm bằng ngọn lửa trên và điện cực dưới/bên hông.
  Ưu điểm: Tăng cường khả năng đồng nhất hóa nóng chảy.
  Nhược điểm: Thiết kế phức tạp, bề mặt gia nhiệt không đều, tổn thất năng lượng cao từ điện cực làm mát bằng nước và tuổi thọ ngắn do điện cực bị mài mòn.

(3) Ống lót
Ống lót, thường được làm bằng hợp kim bạch kim-rhodium, là thành phần cốt lõi để tạo sợi. Sản xuất quy mô lớn đòi hỏi ống lót công suất lớn. Ống lót ban đầu có 200 lỗ; tiêu chuẩn hiện tại bao gồm 400, 800 và 1.200 lỗ. Những tiến bộ trong công nghệ ống lót đồng bộ với sự phát triển của lò nung bể chứa.

2. Công nghệ điều khiển chính xác 
Vật liệu bazan nóng chảy gặp phải những thách thức như nhiệt độ kéo/kết tinh cao, kết tinh nhanh, khoảng nhiệt độ tạo hình hẹp, sợi cứng không đều, ống lót dễ bị thấm ướt và độ trong suốt nhiệt kém. Những yếu tố này gây ra sự mất ổn định trong quá trình kéo sợi (ví dụ: đứt gãy, bay sợi, đường kính sợi thay đổi). Sự ổn định phụ thuộc vào ba khía cạnh:

• Độ đồng nhất và ổn định khi nóng chảy: Đạt được thông qua việc trộn nguyên liệu thô chính xác, kiểm soát nhiệt độ lò, điều chỉnh mức độ nóng chảy và quản lý áp suất.
• Kiểm soát nhiệt độ và ống lót: Đảm bảo ống lót được gia nhiệt đồng đều và tránh kết tinh.
• Tối ưu hóa quy trình kéo: Bao gồm kiểm soát chính xác tốc độ kéo, thông số làm mát và độ căng của sợi.

Các công nghệ chủ chốt bao gồm hệ thống điều khiển tiên tiến cho quá trình trộn vật liệu, nhiệt độ lò nung, mức độ nóng chảy, áp suất buồng, nhiệt độ kênh, nhiệt độ ống lót và tốc độ kéo. Những công nghệ này đảm bảo sản xuất sợi bazan liên tục, ổn định và chất lượng cao.