Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2025(16))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 1. С. 173-178. Transactions of the Kola Science Centre of RA s . Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 1. P. 173-178. For citation: КоІоЬоѵ А. Yu., Sycheva G. A. Opaque quartz glass synthesized by plasma melting from the sand of the Ramenskoye deposit for the production of refractory quartz ceramics // Transactions of the Kda Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 1. P. 173-178. doi:10.37614/2949-1215.2025.16.1.031. Введение Непубличное акционерное общество «Орденов Трудового Красного Знамени и Дружбы народов Первоуральский динасовый завод имени Ефима Моисеевича Гришпуна» (АО «ДИНУР») является сегодня единственным и крупнейшим в России производителем непрозрачного кварцевого стекла (НКС) в промышленных масштабах. На основании выполненного комплексного физико­ химического исследования кварцевого песка Раменского месторождения [1-3], полученного на его основе НКС [1-4], изделий из кварцевой керамики [5-7] и различных композитных материалов с использованием НКС [8; 9] инструментальными (рентгенофазовый и рентгенофлуоресцентный анализ, высокотемпературная дилатометрия, оптическая микроскопия в проходящем и отраженном свете, синхронный термоанализ), физическими (определение плотности и пористости, зернового состава) и химическими методами анализа предложен общий научно-обоснованный подход для оценки устойчивости к кристаллизации непрозрачных кварцевых стекол, нашедших применение в промышленности [3]. Метод испытания на устойчивость к кристаллизации прозрачного и оптического кварцевого стекла описан в действующем ГОСТ 22290-2021, однако подобного единого документа для непрозрачного кварцевого стекла до сих пор нет. В тоже время основным и ключевым требованием при создании стекол, в том числе новых перспективных составов, является обеспечение условий, исключающих их кристаллизацию, аисследование склонности к кристаллизации является неотъемлемой частью создания любого нового стекла. Таким образом, целью настоящего исследования является изучение свойств и оценка качества непрозрачного кварцевого стекла, полученного методом плазменного плавления на плазмотронах АО «ДИНУР», из песка Раменского месторождения комплексом методов. Результаты Плавку кварцевого стекла на АО «ДИНУР» ведут в плазменных реакторах типа ПР-450 [4]. Обогащенный кварцевый песок Раменского месторождения подается в специальных загрузочных емкостях на верхнюю площадку плазмотронов. Затем он засыпается в бункер через барабанный питатель. Кварцевый песок поступает в плавильную камеру, состоящую из нескольких секций. Камера имеет необходимую конусность, чтобы наплавленный слиток мог свободно выходить. Перед входом в камеру располагаются два графитовых электрода, находящиеся под углом а 36° друг к другу. Нижние концы электродов располагаются на расстоянии l = 40-50 мм друг от друга. Здесь генерируется электрическая дуга, на которую подается кварцевый песок и происходит его расплавление. Производительность реактора зависит от качества песка: содержания примесей и фракционного состава сырья. Использование более «замельченного» кварцевого песка сказывается на процессе плавки: мелкий песок разлетается на края плазмотрона, не расплавляясь, образуя небольшие «стенки», которые потом опадают в расплавленный слиток. Рабочий ток дуги должен быть не более 1 100 А при напряжении около 380 В. По мере наплавления блока из непрозрачного кварцевого стекла он вытягивается из камеры с помощью специального механизма для вытягивания, а затем транспортируется на специальную площадку. Там его тщательно очищают от поверхностной кварцевой корки, состоящей из нерасплавившегося кварцевого песка, а также из попавших из электродов частичек графита. Средняя скорость наплавления составляет 2 см в минуту и может варьироваться в пределах 1 см стекла за 20-40 секунд в зависимости от качества песка и скорости загрузки сырья. На рисунках 1-3 приведены фотографии этапа выработки стекла и слитков кварцевого стекла, полученных в результате плавления кварцевого песка. Как видно из рис. 3, наплавленный блок представляет собой массивный стержень длиной около 3 м и 450 мм в диаметре, средняя масса которого составляет 680 кг. В отличие от особо чистого кварцевого стекла, полученные слитки не являются прозрачным материалом. Непрозрачность обусловлена многократным преломлением луча, попадающего внутрь материала, на границах зерен и многочисленных мельчайших пор, а также попавших из электродов частичках графита [10]. На подложке (вертикальный поршень с площадкой) из плазмотрона вытягивается блок кварцевого стекла, который затем складируется на накопительной © Колобов А. Ю., Сычева Г. А., 2025 174