В Томске создали плазменный генератор для повышения качества кирпича

Новая установка движется по заранее заданной траектории и воздействует на поверхность материала таким образом, что она оплавляется и покрывается тонким защитным слоем, по структуре напоминающим стекло. По данным пресс-службы вуза, такая обработка делает изделия более устойчивыми к высоким температурам и агрессивным внешним воздействиям.

Разработка особенно важна для промышленности, где огнеупорные кирпичи и блоки применяются в качестве внутренней облицовки печей, работающих при температурах 1400–1600 °C и даже выше. В таких условиях материалы постоянно испытывают серьезную нагрузку: на их поверхность воздействуют расплавленный металл, шлаки, горячие газы и другие агрессивные среды. Именно поэтому повышение стойкости и долговечности огнеупоров имеет большое значение для металлургии и смежных отраслей.

Как отметил один из авторов проекта, младший научный сотрудник учебно-научной лаборатории «Наноматериалы и нанотехнологии» ТГАСУ Марк Семеновых, задача разработки заключается не только в улучшении внешнего слоя изделий, но и в создании дополнительной защиты, способной продлить срок их службы. Такой подход может снизить износ материалов, сократить частоту ремонтов и уменьшить затраты на обслуживание печного оборудования.

Кроме того, применение плазменной обработки открывает новые возможности для совершенствования технологий производства керамики и огнеупорных материалов. В перспективе подобные решения могут быть востребованы на предприятиях, где особенно важны термостойкость, прочность и устойчивость к химическому разрушению. Таким образом, разработка ТГАСУ представляет собой практичный и перспективный шаг в развитии современных материалов для высокотемпературной промышленности.

Современные огнеупорные материалы широко применяются в промышленности, однако в условиях высоких температур, резких термических перепадов и воздействия агрессивных химических сред они постепенно утрачивают свои эксплуатационные свойства. Именно поэтому ученые уделяют большое внимание разработке способов защиты таких изделий и продлению срока их службы.

Как отметил ученый, под действием агрессивных веществ или при частых перепадах температуры на поверхности огнеупорного материала появляются микротрещины, развивается химическая коррозия, а также может происходить вымывание пористой структуры. Все это со временем приводит к ослаблению материала и, в конечном итоге, к разрушению кирпича.

Для решения этой проблемы специалисты ТГАСУ создали специальную установку, которая предназначена для плазменной обработки поверхности огнеупорных изделий. Такая обработка позволяет повысить термостойкость материала и сформировать на его поверхности прочное стекловидное покрытие, защищающее изделие от дальнейшего разрушения.

По словам Семеновых, технология предусматривает два варианта обработки. В первом случае на поверхность огнеупора заранее наносят специальную керамическую пасту, содержащую смесь тугоплавких оксидов, таких как оксиды алюминия и циркония. После этого плазма расплавляет пасту, и она соединяется с основой, образуя прочное монолитное стеклокристаллическое покрытие.

Подобный защитный слой не только повышает устойчивость материала к высоким температурам, но и снижает его восприимчивость к химическому воздействию. В результате огнеупорные изделия могут дольше сохранять свои свойства даже в наиболее жестких условиях эксплуатации, что особенно важно для металлургии, энергетики и других отраслей промышленности.

Современные технологии обработки огнеупорных материалов все чаще позволяют не просто улучшать их внешний вид, но и существенно повышать эксплуатационные характеристики. Особенно это важно там, где изделия должны выдерживать экстремальные температуры, резкие перепады тепла и значительные механические нагрузки.

Во втором варианте плазмой обрабатывают сам кирпич без предварительного нанесения пасты. В результате меняется структура его поверхностного слоя, а материал приобретает более устойчивые свойства. Такой подход особенно удобен, когда требуется максимально упростить технологию обработки и одновременно повысить долговечность изделия.

По словам ученого, использование плазменной энергии для повышения прочности поверхности огнеупорных материалов позволяет формировать стекловидный слой, который берет на себя наиболее серьезные нагрузки, не позволяя разрушаться основной массе материала. Благодаря этому кирпич лучше сопротивляется износу, термическому воздействию и агрессивной среде.

«В любом случае финальное покрытие — это не краска и не напыление, а прочнейшая корка, сплавленная с телом кирпича на молекулярном уровне», — добавил ученый. Именно такая связь обеспечивает высокую прочность, надежность и долговечность защитного слоя, делая обработанный материал более эффективным в промышленном применении.

Современная обработка кирпича и других огнеупорных материалов позволяет значительно увеличить срок службы огнеупорных футеровок — защитных облицовок, которые применяются для внутренней и внешней защиты промышленного оборудования, агрегатов и различных инженерных конструкций. Это особенно важно для предприятий, где даже кратковременная остановка печей приводит к заметным финансовым потерям. Благодаря повышению стойкости таких материалов удается сократить расходы на ремонт и обслуживание, а также снизить затраты, связанные с простоями производственных линий. В долгосрочной перспективе это делает промышленное производство более устойчивым и экономически выгодным.

Кроме того, использование подобных технологий помогает уменьшить себестоимость выпускаемой продукции, будь то сталь, стекло или цемент. Дополнительным преимуществом становится то, что все этапы обработки могут выполняться на отечественном оборудовании и с применением местного сырья, что повышает технологическую независимость и поддерживает развитие российской промышленной базы. Это особенно актуально в условиях курса на импортозамещение и внедрение собственных инженерных решений.

Как отметил Семеновых, такой подход дает предприятиям сразу несколько преимуществ: повышает надежность огнеупорных систем, снижает эксплуатационные издержки и способствует более эффективному использованию ресурсов. В результате технологии обработки огнеупоров становятся важным инструментом для повышения конкурентоспособности производств в металлургии, стекольной и цементной отраслях.

Работа была выполнена под руководством профессора Нелли Скрипниковой в рамках государственной программы поддержки университетов «Приоритет-2030». В ней участвует Томский государственный архитектурно-строительный университет, который реализует два стратегически важных проекта: «Инфраструктурная безопасность/Инженерный экстрим» и «Химия и инжиниринг новых строительных материалов». Эти направления направлены на развитие прикладных исследований, создание новых технологий и укрепление научно-технического потенциала отечественного строительного и промышленного сектора.

Источник и фото - ria.ru