Новая фильтрационная печь для обжига керамики

Ученые Томского научного центра СО РАН создали прототип энергоэффективной обжиговой печи, работающей на фильтрационном принципе сжигания природного газа. Она предназначена для синтеза и спекания широкого спектра тугоплавкой керамики, применяемой в современной энергетике, металлургии и авиакосмической технике.

Главным преимуществом новой печи являются возможность быстрого достижения высокой температуры – до двух тысяч градусов Цельсия при снижении расхода топлива до двух раз. Результаты фундаментальных исследований в области основ фильтрационного горения, достигнутые ранее научным коллективом в составе Александра Кирдяшкина, Рамиля Габбасова, Владимира Китлера и Анатолия Мазного, позволили определить высокопроизводительные режимы получения керамики на основе оксидов алюминия и магния. Разработка представлена в одном из авторитетных журналов в области энергетики и горения – Fuel .

Для промышленного обжига керамики сейчас широко используют как электрические, так и газовые печи. Последние более экономичны, так как производство тепла требует гораздо меньших издержек. В традиционных газовых печах заготовки керамики размещают внутри топочной камеры и нагревают до нужной температуры с помощью открытого пламени газовой горелки. Даже при полной загрузке в топке остается много свободного пространства, которое ограничивает скорость нагрева и температуру спекания материалов – не выше 1750 градусов.

В печи фильтрационного горения топка полностью заполнена засыпкой тугоплавких гранул (периклаз, оксид циркония), а горение природного газа происходит в порах засыпки. Если внутри засыпки поместить заготовки керамики, то они нагреваются существенно быстрее и до большей температуры. Большая эффективность печи фильтрационного горения объясняется ускорением процесса передачи энергии топлива в заготовку, а также дополнительным накоплением тепла в засыпке. Это открывает качественно новые перспективы для высокопроизводительного спекания керамических материалов, обладающих уникальными свойствами.

– Раньше существенным препятствием на пути развития печей фильтрационного горения являлись недостаточная теоретическая база, описывающая механизмы фильтрационного горения и низкий уровень автоматизации этого процесса, – говорит Александр Кирдяшкин, ведущий научный сотрудник лаборатории физической активации. – В настоящий момент развития науки и техники эти проблемы практически устранены. Процесс горения стал управляемым и предсказуемым, человек может полностью его контролировать, что делает печи такого типа востребованными, обладающими и удобством, и экономичностью.

Как отметил Александр Иванович, с их помощью можно получать прозрачную керамику, востребованную оборонным комплексом; высокопрочную нанокерамику, необходимую в инструментальной отрасли. В свою очередь, фильтрационные печи являются бюджетной альтернативой производства трудноспекаемых материалов, таких как чистые карбиды титана и кремния, оксинитрид алюминия, получать которые другими способами весьма затратно.