Шихта для изготовления электропроводного материала

 

ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОГО МАТЕРИАЛА, содержащая оксиды и металлический компонент , отличающаяся тем, что, с целью повышения электропроводности материала при 400-800 с и обеспечения его металлоустойчивости к расплаву цинка и его сплавов, в качестве оксидов шихта содержит трехоксид и пятиоксид ванадия и в качестве металлического компонента - металлическую медь при следуннцем соотношении компонентов, мас.%: Трехоксид ванадия 25-49 Пятиоксид ванадия 1 -5 -j Металлическая медь Остальное в

СООЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБ ЛИК

09) (И) А

З 51) В 22 F 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

25-49

1 -5

Остальное Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABTOPCHOIVIY СОИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3584459/22-02 (22) 15.04.83 (46) 15.05.84. Бюл. У 18 (72) А.И.Снегирев, Д.С.Рутман, П.Я.Новак, А.А.Фотиев и В.И.Пивоварова (71) Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промышленности и Институт химии

Уральского научного центра АН СССР (53) 621.745.4 (088.8) (56) !. Авторское свидетельство СССР

У 477977, кл. С 04 В 3/71, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

У 561717, кл. С 04 В 3/71, 1974. (54) (57) ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОГО МАТЕРИАЛА, содержащая оксиды и металлический компонент, отличающаяся тем, что, с целью повышения электропровод. ности материала при 400-800 С и обеспечения его металлоустойчивости к расплаву цинка и его сплавов, в качестве оксидов шихта содержит трехоксид и пятиоксид ванадия и в качестве металлического компонента — металлическую медь при следукицем соотношении компонентов, мас.7.:

Трехоксид ванадия

Пятиоксид ванадия

Металлическая медь

1092000

Наиболее близкой к предлагаемой является шихта для изготовления электропроводного материала, содержащая металлический хром (металлический кожонент), хромит редкоземельного элемента или иттрия, монокристаллический наполнитель (стабилизированный диоксид циркония) и фосфатное связующее 21

Недостаток этого материала — невысокая металлоустойчивость на контакте с оксидом цинка, который образуется

40 при окислении расплава и паров цинка, пропитывающих рабочую зону футеровки. Наблюдается химическое взаимодействие хромитов с оксидом цинка, процесс сопровождается фазовыми превращениями, разрыхлением футеровки

45 и дальнейшим ее разрушением эроэионным воздействием расплава при работе индукционной канальной печи.

Кроме того, известный материал характеризуется низкой электропроводностью о в интервале температур 400-800 С, которая не обеспечивает высокой концентрации и излома линий электрического тока в плавильном канале на электропроводном участке футеровки, что снижает эффект повышения конвективного теплообмена при плавке цинка и его сплавов, следовательно, снижа30

Изобретение относится к огнеупорной промьппленности и может быть использовано в цветной металлургии, в частности для изготовления электропроводных участков футеровки индукционных канальных печей при плавке. цинка и его сплавов.

Известен электропроводный материап, содержащий диоксид циркония, металлический никель, нитевидные кристаллы карбида кремния (1)

Недостатком этого материала является разложение карбида кремния в результате химического взаимодействия на контакте с расплавом цинка. Изме- 15 няется первоначальный фазовый состав материала, следовательно, нарушается стабильность электрофизических свойств. Кроме того, режим горячего о прессования при 1300 С затрудняет 20 технологический процесс вследствие наличия в материале металлической составляющей, которая склонна к окислению в процессе нагрева неуплотненного материала, т.е. последний имеет низкую металлоустойчивость и сложность в изготовлении. ется стойкость футеровки индукционной канальной лечи.

Цель изобретения — повышение электропроводности материала при 400Ф

800 С и обеспечение его металлоустойчивости» к расплаву цинка и его сплавов.

Поставленная цель достигается тем, что шихта для изготовления электропроводного материала, содержащая оксиды и металлический компонент, в качестве оксидов шихта содержит трехоксид и пятиоксид ванадия в качестве металлического компонента — металлическую медь при следующем соотношении компонентов, мас. :

Трехоксид ванадия 25 -49

Пятиоксид ванадия I -5

Металлическпя медь Остальное

Данное предложение решает задачу создания огнеупорного материала с повышенной элехтропроводностью, ме-" таллоустойчивого к расплаву цинка и его сплавам и предназначенного для увеличения стойкости футеровки индукционных канальных печей.

Сущность предложения заключается в использовании электропроводных свойств металлической меди и трехоксида ванадия, огнеупорного свойства трехоксида ванадия и низкой температуры плавления пятиоксида ванадия для,получения в материале связующей фазы.

При нагреве материала происходит частичное окисление металлической меди при 380©С до монооксида.Начиная

0 с 600 С,монооксид окисляется до диоксида.При 670 С появляется жидкая фаза, расплавляется пятиоксид ванадия, который частично взаимодействует с металлической медью или продуктами ее окисления. В дальнейшем происходит кристаллизация из расплава медной ванадиевой бронзы, являющейся в расплаве промежуточным слоем, связывающим металлическую и оксидную фазы, что придает материалу высокие термопрочностные свойства. В последующей стадии"при нагреве до 880 С процесс о спекания идет по твердофазному механизму, происходит образование стабильной в данных условиях медной ванадиевой бронзы.

При содержании металлической меди в шихте более 70 мас, доли 7 снижается металлоустойчивость материала в расплаве цинка ° Происходит

1092000 взаимодействие с образованием металлического сплава, по составу соответствующему латуням, который переходит в расплав цинка. Таким образом, материал теряет металлическую составляющую. Если в шихте мателлической меди менее 50 мас.доли, снижается электропроводность и ударная вязкость материала. Повышенное содержание.трехоксида ванадия более 49 мас. Ip доли снижает электропроводность материала, возрастает склонность его к окислению с образованием легкоплавкого оксида высшей валентности.

В этом случае прочностные свойства материала резко падают. При содержании трехоксида ванадия менее

25 мас.доли происходит снижение электропроводности за счет появления оксидов меди, препятствующих кон-gp такту металлических частиц между собой. Падает огнеупорность материала. С увеличением количества пятиоксида ванадия более 5 мас.доли снижаются термопрочностные свойства 2 материала, возрастает его деформируемость при температуре, превышающей температуру плавления пятиоксида ванадия, т.е. выше 6704С, вследствие появления значительного ко личества жидкой фазы. Снижается электропроводность материала. Снижение количества пятиоксида ванадия в шихте мене 1 мас.доли Х сопровождается потерей металлоустойчивости

35 материала из-за его неспеченного состояния.

Изготовление электропроводного материала из предлагаемой шихты происходит следующим образом.

Металлическую медь трехоксид и пятиоксид ванадия, требуемого соотношения,4 тщательно перемешивали до получения однородной массы зернового состава, мас.доли : фракция (16-56) мкм 30-40; фракция (8-16) мкм 60-70.

Затем в смесь для получения образ" цов вводили органическое связующее

5 мас.доли, раствор поливинилового 50 спирта, кажущейся плотностью 1 006 г/см . Образцы прессовали при давлении IOO MIIa, Обжиг проводили в графитовой засыпке при 880 С. Скорость подъема температуры в процессе обжига составляла 4 С в мин, иэотермическая выдержка при конечной температуре составляла 4 ч.

Для замера электропроводности материала использовали стандартный четырехзондовый потенциометрический метод на постоянном токе. Измерения проводили на образцах, размером: ф = 17.10 мкм, п =20.10 мкм, в ус3 ловиях вакуума 10 атм.

Погрешность измерения электросоп-f ротивления в диапазоне IO — 10 Ом составляла менее 0 1 ..

Результаты измерений электропро-водности образцов приведены в табл.1.

Как видно из табл. 1, образцы из предлагаемой шихты имеют высокую электропроводность, превышающую электропроводность образцов из шихты по прототипу более чем в 3 раза (состав 2 предлагаемой шихты). Состав 3, предлагаемой шихты имеет электропроводность при 400 С ниже, о о чем по прототипу. При 400 С, когда в канале индукционной печи еще нет расплава (устанавливаемый в футеровке цинковый металлический шаблон о плавится при температуре выше 419 С) величина электропроводности материала не играет существенной роли, главное, что она достаточна для прохождения индукцированного тока по электропроводному материалу.

Металлоустойчнвость определяли стационарно тигельным методом. Из шихты по прототипу и шихты предлагаемого состава формовали тигли емкостью 25 см. Технологические приемы смешения, формования, а также режим и условия термообработки аналогичны приемам для.исследования образцов. В подготовительные тигли засыпали гранулированный металлический цинк для восстановления цинка иэ оксидной пленки, покрывающей гранулу, применяли хлористый аммоний. Плавку проводили в угольной засыпке. Скорость подъема температуо ры составляла 4 С в мин иэотермическая выдержка при 880 С вЂ” 4 ч. Пос. ле этого тигли охлаждались вместе с печью и распиливались вдоль вертикальной оси строго по центру; королек металла вытаскивался. Металлоустойчивость оценивали вычислением площади, подвергшейся разрушению расплавом, в испытуемом тигле. Площадь, разъеденную расплавом, переносили на кальку н измеряли планимет» ром. Корозионное разрушение оценива!

0920011

S ли в Ж отношении первоначальной площади тигля к площади, разъеденной расплавом. Кроме того, определяли фазовый Состав реакционной зоны тиглей. 5 . Данные корроэионного разрушения материала из шихты по прототипу и предлагаемой шихты приведены в табл.2.

Как видно из табл. 2,образцы, из-. готовленные из шихты предлагаемого состава, имеют более высокую металло-, устойчивость на контакте с расплавом цинка и его оксидов, превышающую металлоустойчивость образцов из шихТаблица

Массовая Тем ератуюа С вЂ”,- А доля, 400 1 500 1 600 g 700 J 800

2 -(!

Удельная электролроводность, Ом см

Состав

Веиественный состав аихты е.

10 140,2 121,0 107,4 98,2 85,1

Алсмохромофосфатная связка (80-903 водный раствор) l0

Предла гаемый

50 222, О 231, l

49

Металлическая медь

Трехоксид ванадия

Пятиоксид ванадия

219,6 201,8 192,0

29 386,4 325,5

Металлическая медь

Трехоксид ванадия

Пятиоксид ванадия

314,0 300,1

298,5

25 134,0 154,0

Металлическая медь

Трехоксид ванадия

Пятиоксид ванадия

165 1

171,7

165,4

37 143,3 165,1

Металлическая медь

Трехоксид ванадия

Пятиоксид ванадия

170,5 189,0 194,4

Таблица 2 азовый состав еакционной эоны

Следы

Металлический хром

Монокристаллический наполнитель

Алюмохромофосфатная связка

7,50 l0

Прототип Хромит иттрия

Металлический хром

Монокристаллический

"наполнитель (стабилизированный диоксид циркония ) Прототип Хромит иттрия ты по прототипу в 4,4 раза (состав

4, предлагаемой шихты ).

Из предлагаемого материала изготавливаются электропроводные вставки футеровки индукционных печей, которые позволяют осуществить направленное движение металла в канале и соответственно повысить теплообмен между каналом и ванной печи. Экономический эффект от применения электропроводных вставок в футеровке индукционных печей образуется за счет повышения стойкости вследствие исключения перегрева металла в плавильном канале.

1092000

Продолжение табл,2

4 .5

Металлическая медь 50

Трехоксид ванадия 49

Пятиоксид ванадия 1

2,35

Следы

Металлическая медь 70

Трехоксид ванадия 25

Пятиоксид ванадия 5

2,64

Металлическая медь 60

Трехоксид ванадия 37

Пятиоксид ванадия 3

1,70

П р и и е ч а н и е. Тигли состава 2 имели незначительную пропитку, поэтому фазовый состав реакционной зоны этих тиглей не определяли °

Составитель А.Кальницкий

Техред Т.Маточка Корректор О.Тигор

Редактор С.Лисина

Заказ 3174/7 Тираж 775

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., Подписное д. 4/5

Фцлиал ППП "Патент", r. Ужгород. ул. Проектная, 4

Предлагаемый

Металлическая медь

Трехоксид ванадия

Пятиоксид ванадия

70 Незначительная

29 пропитка

1 разрушения нет