Hai công nghệ chính để chuẩn bị sợi bazan liên tục

1. Phương pháp ngọn lửa

Phương pháp ngọn lửa bao gồm một quy trình sản xuất trong đó nhiệt được truyền trực tiếp đến bề mặt của sản phẩm. Bazan Quá trình này bao gồm nung chảy, làm sạch và tạo hình trong lò nung bằng gạch chịu nhiệt sử dụng đá bazan. Nhiệt lượng thường được tạo ra bởi ngọn lửa (như đốt khí tự nhiên-oxy hoặc không khí nóng, hoặc ngọn lửa plasma) từ phía trên lò. Phương pháp gia nhiệt chính này có thể được bổ sung bằng cách gia nhiệt bằng điện cực đáy. Toàn bộ quá trình bao gồm nung chảy, làm sạch và tạo hình.

Các lò đốt ngọn lửa nhỏ, độc lập, hiện đang là loại phổ biến trong ngành, chỉ sử dụng phương pháp đốt khí tự nhiên ở phía trên và không có điện cực phụ ở phía dưới. Tuy nhiên, do tiêu thụ năng lượng cao, chi phí sản xuất cao và hiệu quả chi phí sản phẩm thấp, hầu hết các công ty sử dụng công nghệ này đều đang chịu tổn thất nặng nề và đứng trước nguy cơ phá sản.

Hướng phát triển của phương pháp ngọn lửa là... lò nung bể đốt bằng ngọn lửaPhương pháp này sử dụng cách tiếp cận "kết hợp khí-điện" với quá trình đốt cháy khí tự nhiên-oxy ở phía trên và gia nhiệt bằng điện cực phụ ở phía dưới. Phương pháp "kết hợp khí-điện" này là công nghệ chủ đạo tuyệt đối trong sản xuất. Sợi thủy tinhCác lò nung sợi thủy tinh này hoạt động rất ổn định và thành công, đặc biệt là các lò nung đơn vị, gần như đã trở thành tiêu chuẩn cho thiết kế lò nung kéo sợi thủy tinh dạng bể. Đã có những nỗ lực chuyển giao công nghệ này sang sản xuất sợi bazan liên tục, nhưng mặc dù đã có những thử nghiệm hạn chế, vẫn chưa đạt được thành công. Trong hai năm qua, một số người đã áp dụng cách tiếp cận khác, chuyển từ nguyên liệu đá núi lửa tự nhiên nguyên chất sang nguyên liệu hỗn hợp (tức là kết hợp một tỷ lệ lớn đá không phải núi lửa). Điều này đã dẫn đến việc vận hành thành công các dây chuyền sản xuất lò nung dạng bể gia nhiệt bằng ngọn lửa với công suất 10.000 tấn/năm và 3.500 tấn/năm.

2. Phương pháp nấu chảy hoàn toàn bằng điện

Phương pháp nấu chảy hoàn toàn bằng điện bao gồm một quy trình sản xuất trong đó năng lượng điện được truyền trực tiếp vào khối bazan nóng chảy ở nhiệt độ cao bên trong lò nung bazan có cấu trúc gạch chịu lửa. Điều này được thực hiện thông qua các điện cực (như than chì, molypden, dioxit thiếc, v.v.) hoặc (và) các phương pháp vật lý khác (như phương pháp plasma). Công nghệ này bao gồm các công đoạn nấu chảy, làm sạch và tạo hình.

Phương pháp nấu chảy sợi bazan liên tục hoàn toàn bằng điện của Trung Quốc bắt đầu với Chương trình 863 quốc gia năm 2002, khi hoàn thành một thiết bị kéo sợi lò độc lập quy mô nhỏ sử dụng phương pháp này. Những bước đột phá đáng kể trong quá trình nấu chảy liên tục. sợi bazan Công nghệ kéo sợi nóng chảy hoàn toàn bằng điện đã được hoàn thiện vào năm 2016 với việc xây dựng lò nung nóng chảy hoàn toàn bằng điện quy mô thí điểm công suất nghìn tấn/năm. Hệ thống này sử dụng điện cực đa hàng, cho phép độ sâu mực chất lỏng nóng chảy lên đến 1300mm. Đường kính sợi đơn thành phẩm tập trung trong khoảng 9-22μm, và mức tiêu thụ điện năng tổng thể là 3,0-3,5 kWh/kg, thể hiện hiệu quả tiết kiệm năng lượng tuyệt vời. Năm 2018, dây chuyền sản xuất lò nung nóng chảy hoàn toàn bằng điện công suất 1200 tấn/năm ("một đến tám," sử dụng đầu phun 400 lỗ) đã chính thức được đưa vào vận hành. Nó đã hoạt động ổn định trong hơn ba năm, chứng minh rằng tuổi thọ của lò có thể đạt hơn ba năm.

Cho đến nay, đối với nguyên liệu đá núi lửa tự nhiên nguyên chất, công nghệ sản xuất sợi bazan liên tục chỉ được duy trì ở mức công nghệ lò bể chứa nghìn tấn/năm và chỉ sử dụng phương pháp nấu chảy hoàn toàn bằng điện.

3. So sánh hai lộ trình công nghệ

Đặc điểm của nhiệt độ cao dung dịch bazan nóng chảyCụ thể, độ dẫn nhiệt kém, độ nhớt cao và đặc tính vật liệu ngắn là những yếu tố khiến việc sản xuất sợi bazan liên tục trở nên khó khăn.

• Phương pháp ngọn lửa

Phương pháp hàn bằng ngọn lửa, một công nghệ tương đối hoàn thiện được du nhập từ Liên Xô cũ (nay là Nga và Ukraina) và được điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện đặc thù của Trung Quốc, đã được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của nó trong quá trình công nghiệp hóa là chi phí sản xuất cao và hiệu quả kinh tế thấp, chủ yếu do những khiếm khuyết cấu trúc vật lý vốn có trong chính phương pháp này.

Sử dụng nhiệt thấp

Trong phương pháp này, khí tự nhiên được đốt cháy từ đỉnh lò, ngọn lửa trực tiếp làm nóng bề mặt dung dịch bazan nóng chảy. Hơn 60% nhiệt lượng bị phản xạ bởi bề mặt dung dịch nóng chảy và được mang đi theo khí thải. Do dung dịch bazan nóng chảy ở nhiệt độ cao có độ dẫn nhiệt thấp hơn mười lần so với dung dịch thủy tinh nóng chảy ở nhiệt độ cao, nên quá trình truyền nhiệt diễn ra cực kỳ chậm. Các lò nung nhỏ, đơn vị chỉ có thể duy trì độ sâu dung dịch nóng chảy khoảng 15cm. Trong khi đó, các lò nung bazan dạng bể gia nhiệt bằng ngọn lửa công suất 10.000 tấn/năm có thể đạt độ sâu dung dịch nóng chảy 50cm với hệ thống gia nhiệt điện cực đáy phụ trợ, dung dịch nóng chảy tạo thành cấu trúc dạng đĩa bên trong lò, dẫn đến diện tích bề mặt riêng lớn và khả năng tản nhiệt đáng kể. Lượng nhiệt thất thoát qua vật liệu cách nhiệt vượt quá 10%. Do đó, hiệu suất sử dụng nhiệt thực tế thấp hơn 30%.

Chất lượng nóng chảy thấp

Do mức độ nóng chảy nông trong phương pháp ngọn lửa, các công đoạn làm sạch và đồng nhất hóa không thể đạt được sự đồng nhất hoàn toàn, dẫn đến chất lượng nóng chảy thấp hơn.

Khí thải

Quá trình đốt khí tự nhiên tạo ra khí thải như oxit lưu huỳnh và oxit nitơ.

Phát thải khí nhà kính

Là một loại nhiên liệu hóa thạch, quá trình đốt khí tự nhiên thải ra một lượng lớn CO2, một loại khí nhà kính.

Đầu tư trang thiết bị cao

Việc xử lý khí thải từ quá trình đốt khí tự nhiên đòi hỏi các biện pháp kiểm soát ô nhiễm. Hiệu suất sử dụng nhiệt thấp cũng yêu cầu các biện pháp thu hồi nhiệt thải. Hơn nữa, quá trình đốt bằng oxy nguyên chất cần thiết bị tạo oxy. Ba yếu tố này làm tăng đáng kể chi phí đầu tư thiết bị. Chi phí đầu tư cho phương pháp đốt bằng ngọn lửa ước tính khoảng 11.000-20.000 RMB/tấn.

• Phương pháp nấu chảy hoàn toàn bằng điện

So với phương pháp dùng ngọn lửa, phương pháp nấu chảy hoàn toàn bằng điện mang lại những ưu điểm vượt trội.

Chất lượng nóng chảy cao

Công nghệ nấu chảy hoàn toàn bằng điện dựa trên nguyên lý rằng chất nóng chảy có khả năng dẫn điện ở trạng thái nóng chảy nhiệt độ cao, cho phép cung cấp trực tiếp năng lượng điện vào chất nóng chảy để gia nhiệt bên trong. Việc bố trí điện cực theo chiều dọc tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nấu chảy theo chiều dọc. Các lò nấu chảy hoàn toàn bằng điện có công suất nghìn tấn/năm có thể đạt được độ sâu nấu chảy hơn 1,2 mét, cung cấp một phần làm sạch và đồng nhất hóa dài hơn. Vùng đẳng nhiệt nhiệt độ cao bên trong bể sâu hơn, dẫn đến chất lượng nấu chảy và đồng nhất hóa tốt hơn cho đá bazan.

Hiệu quả năng lượng

Việc gia nhiệt trực tiếp bên trong chất nóng chảy, nấu chảy theo chiều dọc, bể chứa sâu hơn và lớp vật liệu lạnh phủ trên bề mặt chất nóng chảy góp phần tạo nên tốc độ nấu chảy cao và hiệu suất nhiệt cao. Thứ nhất, các điện cực được đưa trực tiếp vào chất nóng chảy đảm bảo tận dụng tối đa nhiệt Joule. Thứ hai, mực chất nóng chảy sâu, với độ sâu gần bằng đường kính trong của lò, dẫn đến diện tích bề mặt riêng của chất nóng chảy nhỏ hơn, gần như tối thiểu. Cấu trúc hình học này làm giảm đáng kể sự thất thoát nhiệt so với cấu trúc dạng đĩa của phương pháp ngọn lửa. Thứ ba, lớp vật liệu lạnh phủ trên bề mặt chất nóng chảy tạo thành "đỉnh lò lạnh", giúp giảm thiểu tổn thất nhiệt hơn nữa.

Lượng khí thải carbon thấp

Công nghệ nấu chảy hoàn toàn bằng điện loại bỏ lượng khí thải carbon liên quan đến việc đốt khí tự nhiên bằng phương pháp ngọn lửa. Lượng khí thải carbon của nó hoàn toàn phụ thuộc vào cơ cấu năng lượng của lưới điện. Nếu sử dụng thủy điện hoặc các nguồn năng lượng tái tạo khác, có thể đạt được mức phát thải carbon bằng không.

Đầu tư thấp hơn

Vì phương pháp nấu chảy hoàn toàn bằng điện không sử dụng oxy nguyên chất để đốt cháy khí tự nhiên, nên không cần đầu tư vào thiết bị xử lý khí thải hoặc thiết bị tạo oxy. Thêm vào đó, lớp vật liệu nguội phủ trên bề mặt nóng chảy đồng nghĩa với việc không cần đầu tư vào thiết bị thu hồi nhiệt thải. Do đó, chi phí đầu tư cho mỗi thiết bị sử dụng phương pháp nấu chảy hoàn toàn bằng điện thấp hơn.

Lợi thế về chi phí

Việc tiết kiệm năng lượng đáng kể và giảm khấu hao tài sản cố định mang lại lợi thế chi phí rõ rệt.