Phát triển sợi bazan

Nhắc đến công nghệ sản xuất sợi bazan, tôi phải kể đến Paul Dhe người Pháp. Ông là người đầu tiên có ý tưởng ép sợi từ đá bazan. Ông đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế tại Mỹ năm 1923. Khoảng năm 1960, cả Mỹ và Liên Xô cũ đều bắt đầu nghiên cứu việc sử dụng đá bazan, đặc biệt là trong các thiết bị quân sự như tên lửa. Ở vùng tây bắc Hoa Kỳ, có rất nhiều mỏ đá bazan tập trung. Giáo sư RVSubramanian của Đại học Bang Washington đã tiến hành nghiên cứu về thành phần hóa học của đá bazan, điều kiện ép đùn và các tính chất vật lý và hóa học của sợi bazan. Owens Corning (OC) và một số công ty sản xuất thủy tinh khác đã thực hiện một số dự án nghiên cứu độc lập và nhận được một số bằng sáng chế của Mỹ. Khoảng năm 1970, Công ty Thủy tinh Mỹ đã từ bỏ nghiên cứu về sợi bazan, tập trung chiến lược vào các sản phẩm cốt lõi của mình và phát triển nhiều loại sợi thủy tinh tốt hơn, bao gồm cả sợi thủy tinh S-2 của Owens Corning.
Đồng thời, công tác nghiên cứu ở Đông Âu vẫn tiếp tục. Từ những năm 1950, các viện nghiên cứu độc lập hoạt động trong lĩnh vực này ở Moscow, Prague và các vùng khác đã được Bộ Quốc phòng Liên Xô cũ quốc hữu hóa và tập trung tại các viện nghiên cứu và nhà máy gần Kiev ở Ukraine. Sau khi Liên Xô tan rã năm 1991, các kết quả nghiên cứu của Liên Xô đã được giải mật và bắt đầu được sử dụng trong các sản phẩm dân dụng.

Hiện nay, hầu hết các nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng thị trường của sợi bazan đều dựa trên kết quả nghiên cứu của Liên Xô cũ. Nhìn vào tình hình phát triển hiện tại của sợi bazan trong nước, có khoảng ba loại công nghệ sản xuất sợi bazan liên tục: một là lò nung kết hợp điện, tiêu biểu là Công ty Hàng không Vũ trụ Tứ Xuyên Tuoxin, loại khác là lò nung hoàn toàn bằng điện, tiêu biểu là Công ty Chiết Giang Shijin, và loại còn lại là lò nung kết hợp điện, tiêu biểu là lò nung hoàn toàn bằng điện dùng để sản xuất sợi đá bazan của Tập đoàn Trịnh Châu Dengdian.
So sánh hiệu quả kỹ thuật và kinh tế của một số quy trình sản xuất trong nước khác nhau, lò điện hoàn toàn hiện nay có hiệu suất sản xuất cao, độ chính xác điều khiển cao, tiêu thụ năng lượng thấp, thân thiện với môi trường và không phát thải khí thải. Cho dù là công nghệ sản xuất sợi thủy tinh hay sợi bazan, cả nước đều nhất trí khuyến khích phát triển lò điện hoàn toàn để giảm thiểu khí thải.

Năm 2019, Ủy ban Phát triển và Cải cách Quốc gia lần đầu tiên đưa công nghệ kéo sợi bazan bằng lò nung bể vào “Danh mục hướng dẫn điều chỉnh cơ cấu công nghiệp quốc gia (2019)” để khuyến khích phát triển, chỉ ra hướng phát triển của ngành công nghiệp sợi bazan Trung Quốc và hướng dẫn các doanh nghiệp sản xuất từng bước chuyển từ lò nung đơn vị sang lò nung bể lớn, tiến tới sản xuất quy mô lớn.
Theo các báo cáo, công nghệ sản xuất phôi thép dạng thanh của công ty Kamenny Vek (Nga) đã phát triển đến công nghệ sản xuất phôi thép dạng thanh lò nung 1200 lỗ; trong khi đó, các nhà sản xuất trong nước hiện vẫn chủ yếu tập trung vào công nghệ sản xuất phôi thép dạng thanh lò nung 200 và 400 lỗ. Trong hai năm qua, một số công ty trong nước đã liên tục nỗ lực nghiên cứu sản xuất phôi thép dạng thanh 1200 lỗ, 1600 lỗ và 2400 lỗ, đạt được những kết quả khả quan và đã bước vào giai đoạn thử nghiệm, tạo nền tảng tốt cho việc sản xuất quy mô lớn các lò nung bể lớn và phôi thép dạng thanh khổ lớn tại Trung Quốc trong tương lai.
Sợi bazan liên tục (CBF) là một loại sợi công nghệ cao, hiệu suất cao. Nó có đặc điểm là hàm lượng kỹ thuật cao, phân công lao động chuyên nghiệp tỉ mỉ và phạm vi ứng dụng rộng rãi. Hiện nay, công nghệ quy trình sản xuất vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu, và hiện chủ yếu vẫn sử dụng lò nung đơn. So với ngành công nghiệp sợi thủy tinh, ngành công nghiệp CBF có năng suất thấp, tiêu thụ năng lượng tổng thể cao, chi phí sản xuất cao và khả năng cạnh tranh thị trường chưa đủ. Sau gần 40 năm phát triển, hiện nay đã phát triển được các lò nung bể quy mô lớn 10.000 tấn và 100.000 tấn, rất hoàn thiện. Chỉ có như mô hình phát triển của sợi thủy tinh, sợi bazan mới có thể dần chuyển sang sản xuất bằng lò nung quy mô lớn để liên tục giảm chi phí sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Trong những năm qua, nhiều công ty sản xuất trong nước và viện nghiên cứu khoa học đã đầu tư rất nhiều nhân lực, vật lực và nguồn lực tài chính vào nghiên cứu công nghệ sản xuất sợi bazan. Sau nhiều năm tìm tòi và thực hành kỹ thuật, công nghệ sản xuất bằng lò đơn đã hoàn thiện. Tuy nhiên, việc đầu tư chưa đủ vào nghiên cứu công nghệ lò nung bể chứa, tiến độ chậm chạp và phần lớn đều thất bại.

Nghiên cứu về công nghệ lò nung bể chứaThiết bị lò nung là một trong những thiết bị then chốt trong sản xuất sợi bazan liên tục. Liệu cấu trúc lò nung có hợp lý không, liệu sự phân bố nhiệt độ có hợp lý không, liệu vật liệu chịu lửa có chịu được sự ăn mòn của dung dịch bazan không, các thông số điều khiển mực chất lỏng và nhiệt độ lò nung là những vấn đề kỹ thuật quan trọng cần được giải quyết.
Lò nung bể cỡ lớn là cần thiết cho sản xuất quy mô lớn. May mắn thay, Tập đoàn Dengdian đã đi đầu trong việc tạo ra những đột phá lớn trong nghiên cứu và phát triển công nghệ lò nung bể điện hoàn toàn. Theo những người am hiểu ngành, công ty hiện đã vận hành lò nung bể điện hoàn toàn cỡ lớn với công suất 1.200 tấn từ năm 2018. Đây là một bước đột phá lớn trong công nghệ kéo sợi bazan bằng lò nung bể điện hoàn toàn, có ý nghĩa tham khảo và thúc đẩy to lớn cho sự phát triển của toàn ngành công nghiệp sợi bazan.

Nghiên cứu công nghệ thanh nan quy mô lớn:Lò nung quy mô lớn cần có các thanh đỡ lớn phù hợp. Nghiên cứu công nghệ thanh đỡ liên quan đến việc thay đổi vật liệu, bố trí thanh đỡ, phân bố nhiệt độ và thiết kế kích thước cấu trúc thanh đỡ. Điều này không chỉ cần các chuyên gia giàu kinh nghiệm mạnh dạn thử nghiệm trong thực tiễn. Công nghệ sản xuất thanh đỡ lớn là một trong những phương pháp chính để giảm chi phí sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Hiện nay, số lượng lỗ trên các thanh sợi bazan liên tục trong và ngoài nước chủ yếu là 200 lỗ và 400 lỗ. Phương pháp sản xuất nhiều cửa xả và thanh lớn sẽ làm tăng năng suất máy đơn lên nhiều lần. Hướng nghiên cứu thanh lớn sẽ theo ý tưởng phát triển của thanh sợi thủy tinh, từ 800 lỗ, 1200 lỗ, 1600 lỗ, 2400 lỗ, v.v., đến hướng có nhiều lỗ hơn trên thanh. Nghiên cứu và phát triển công nghệ này sẽ giúp giảm chi phí sản xuất. Việc giảm số lượng sợi bazan cũng góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, đây cũng là hướng phát triển tất yếu trong tương lai. Nó giúp cải thiện chất lượng của sợi bazan được kéo trực tiếp mà không bị xoắn, và đẩy nhanh ứng dụng sợi thủy tinh và vật liệu composite.
Nghiên cứu về nguyên liệu thô bazanNguyên liệu thô là nền tảng của các doanh nghiệp sản xuất. Trong hai năm qua, do ảnh hưởng của các chính sách bảo vệ môi trường quốc gia, nhiều mỏ đá bazan ở Trung Quốc đã không thể khai thác bình thường. Nguyên liệu thô chưa bao giờ được các doanh nghiệp sản xuất chú trọng trước đây. Điều này đã trở thành nút thắt cổ chai trong sự phát triển của ngành công nghiệp, đồng thời buộc các nhà sản xuất và viện nghiên cứu phải bắt đầu nghiên cứu về việc chuẩn hóa nguyên liệu đá bazan.
Đặc điểm kỹ thuật của quy trình sản xuất sợi bazan là nó tuân theo quy trình sản xuất của Liên Xô cũ và sử dụng một loại quặng bazan duy nhất làm nguyên liệu. Quy trình sản xuất đòi hỏi khắt khe về thành phần của quặng. Xu hướng phát triển hiện nay của ngành công nghiệp là sử dụng một hoặc nhiều loại khoáng chất bazan tự nhiên tinh khiết khác nhau để đồng nhất hóa sản xuất, phù hợp với đặc điểm “không phát thải” của ngành công nghiệp bazan. Một số công ty sản xuất trong nước đã và đang nghiên cứu và thử nghiệm.