Thiết bị sản xuất và công nghệ điều khiển chính xác cho sợi bazan liên tục

1. Thiết bị sản xuất chính cho dây chuyền sản xuất liên tục Sợi bazan 
Liên tục sợi bazan Quá 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 năng lượng ít hơn đáng kể (ít hơn 1/10 so với sợi carbon) và không phát thải CO₂, SO₂ hoặc các khí độc hại khác, do đó đây là phương pháp sản xuất thân thiện với môi trường và ít phát thải carbon. Thiết bị nhiệt chính cho sản xuất sợi bazan liên tục là lò nung, được phân loại thành lò nung nồi nấu chảy và lò nung bể chứa.

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

• Lò nung bằng ngọn lửa: Được đốt nóng bằng khí tự nhiên và sự đốt cháy không khí.
  Ưu điểm: Điều chỉnh 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 (chiếm 78% không khí) tạo ra khí thải NOₓ độc hại, và sự gia nhiệt không đồng đều dẫn đến độ đồng nhất của chất nóng chảy không nhất quán.
• Lò nung nồi nấu kim loại hoàn toàn bằng điện: Được gia nhiệt bên trong bằng các điện cực dạng tấm hoặc thanh.
  Ưu điểm: Hiệu suất nhiệt cao, phân bổ nhiệt đều bên trong.
  Nhược điểm: Tuổi thọ ngắn do điện cực bị mòn, cần phải thay thế hoàn toàn sau khi xuống cấp.

(2) Lò nung bể chứa
Khi nhu cầu về số lượng và chất lượng sợi tăng lên, lò nung bể (một lò nung với nhiều ống dẫn) trở nên rất quan trọng đối với sản xuất quy mô lớn. Chúng cho phép kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt, cải thiện độ đồng nhất của chất nóng chảy, chất lượng sản phẩm ổn định và hiệu quả cao, với công suất hàng năm đạt từ hàng nghìn đến hàng chục nghìn tấn.
Các loại lò nung dạng bể chứa:

• Lò nung bể hoàn toàn bằng điện: Sử dụng điện cực dạng thanh (lắp đặt nằm ngang hoặc dưới đáy).
  Ưu điểm: Hiệu suất nhiệt cao và khả năng phân bổ nhiệt đồng đều.
  Nhược điểm: Điểm nóng ở điện cực, mài mòn không đều và tuổi thọ ngắn (~1 năm).
• Lò đốt bể chứa toàn ngọn lửa: Được đốt nóng bằng khí tự nhiên với không khí hoặc oxy tinh khiết. Quá trình đốt bằng oxy tinh khiết được ưu tiên vì hiệu quả cao và giảm lượng khí thải.
  Ưu điểm: Tuổi thọ cao (trên 3 năm), tiết kiệm năng lượng nhờ sử dụng oxy tinh khiết.
  Nhược điểm: Có sự chênh lệch nhiệt độ ở các vùng nóng chảy sâu, trong khi các vùng nóng chảy nông hơn giúp cải thiện tính đồng nhất.
• Lò nung bể lai ngọn lửa-điện: Kết hợp gia nhiệt bằng ngọn lửa phía trên và điện cực phía dưới/bên hông.
  Ưu điểm: Tăng cường khả năng đồng nhất hóa chất nóng chảy.
  Nhược điểm: Thiết kế phức tạp, nhiệt độ bề mặt không đồng đều, tổn thất năng lượng cao do điện cực làm mát bằng nước và tuổi thọ ngắn do mài mòn điện cực.

(3) Ống lót
Ống lót, thường được làm bằng hợp kim bạch kim-rhodium, là một thành phần cốt lõi trong quá trình tạo hình sợi. Sản xuất quy mô lớn đòi hỏi các ống lót có công suất cao. Các ống lót ban đầu có 200 lỗ; các tiêu chuẩn hiện nay bao gồm 400, 800 và 1.200 lỗ. Sự tiến bộ trong công nghệ ống lót có tính tương hỗ với sự phát triển của lò nung bể.

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

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

Các công nghệ chủ chốt bao gồm hệ thống điều khiển tiên tiến cho việc trộn vật liệu, nhiệt độ lò nung, mức độ nóng chảy, áp suất buồng, nhiệt độ kênh dẫn, 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.