Сибирские ученые создали новую фильтрационную печь для обжига керамики

Специалисты 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. Разработка представлена в одном из авторитетных журналов в области энергетики и горения Fuel.

Главным преимуществом новой печи являются возможность быстрого достижения высокой температуры — до 2 000 ℃ при снижении расхода топлива до двух раз. Результаты фундаментальных исследований в области основ фильтрационного горения, достигнутые ранее сотрудниками лаборатории физической активации отдела структурной макрокинетики ТНЦ СО РАН, позволили определить высокопроизводительные режимы получения керамики на основе оксидов алюминия и магния.

Новая печь, разработанная в ТНЦ СО РАН Новая печь, разработанная в ТНЦ СО РАН

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 1 750 ℃.
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 более высокой 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 ведущий научный сотрудник лаборатории физической активации кандидат физико-математических наук Александр Иванович Кирдяшкин. — 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, так как они отличаются и удобством, и экономичностью».
Как пояснил Александр Кирдяшкин, с их помощью можно получать прозрачную керамику, востребованную оборонным комплексом; а также 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.

Ольга Булгакова, пресс-служба ТНЦ СО РАН