Материал для электрода электро-нагревателя из двуокиси циркония

 

В.М. Устьянцев, В.П. Марьевич,, Тооуопов, Д. С. Рутман, Г.А. Таксис и С.Ю. Ппин р

1 (- . 3

1"Восточный научно-исследовательсший и проектнвй институт

Ф

i огнеупорной промппленности

i (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЭЛЕКТРОДА ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЯ

ИЗ ДВУОКИСИ ЦИРКОНИЯ

Изобретение относится к электро-термии, в частности к окисным электронагревателям, и может быть исполь- зовано для изготовления электродов.

Известен материал электродов длявысокотемпературных электронагревателей из двуокиси циркония на основе хромитов редкоземельных элементов Щ.

Однако в известном материале низкая электропроводность и взаимодействие с ним электронагревателей . из двуокиси циркония, что в целом определяет низкую надежность электро.нагревателей в работе в результате разрушения контактного соединения электрод-электронагреватель.

Известен также материал электроо дов для высокотемпературных электронагревателей из двуокиси циркония, включающий хромит одновалентной ме 93

Недостатком данного материала является низкая надежность электродов в результате ухудшения электро2 физических свойств .материала с одновременным нарушением стабильного теплового режима в результате интен сивного испарения окислов меди с последующйм.разрушением электродов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому псщожительному эффекту к предлагаемому являет" ся материал электродов для высокотемпературных электронагревателей из двуокиси циркония, содержащий хро. мит одновалентной меди с добавкой хромита иттрия 3) .

Однако такой материал .обладает низкой надежностью электронагревателя из-sa разрушения контактных поверхностей электрод-электронагреватель в.процессе работы,:так как при этом окись иттрия из электродного материала диффундирует в электронагреватель s области контакта с образованием твердого раствора с двуокисью циркония. Повьппение концентрации „твердых растворов на основе двуо1789

55

3 85 киси циркония является причиной повышения удельного электросопротивления материала электронагревателя в приконтактной области. Как следствие этого, на измененном участке возрастают падение напряжения и выделяемая тепловая энергия, что способствует нежелательному повышению температуры контакта.

Увеличение температуры приводит к интвнсификации диффузионныхпроцессов и изменению электрических характеристик приэлектродной части электронагревателя и материала электрода.

Цель изобретения — повышение надежности контактного соединения элект род-электронагреватель стабилизацией температурного режима на контактном соединении, подавлением электрической .эрозии, высокотемпературных физикохимических процессов, приводящих к изменению физико-технических характе- ристик электродного материала и материала электронагревателя, контакти— рующего с электродным материалом.

Указанная цель достигается тем, что в материап для электрода электронагревателя из двуокиси циркония, содержащий хромит одновалентной меди . и токопроводящие добавки, в качестве добавок введен феррит одновалентной меди и стабилизированная двуокись циркония при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Феррит одновалентной меди 5-25

Стабилизированная двуокись циркония 20-70

Хромит одновалентной меди. . Осталь.ное

Электропроводность предлагаемого материала значительно превышает величину аддитивного вклада каждого компонента в отдельности, что, по-видимому, связано с увеличением концецтрации дефектов в материале и способствует снижению рабочей температуры электрода при прохождении через него электрического тока.

Это объясняется тем, что электронная проводимость хромита одновалентной меди (COCA О ) обусловлена перескоком электронов с Сi. и Си íà Сг и

Ъ+ + 4Ф

Сц При введении феррита меди (СОР@О )a хромит меди электропровод-. ность твердого раствора возрастает очевидно за ечет увеличения числа перескоков электронов.

Экспериментально установлено, что введение феррита меди более 25 мыс.% нецелесообразно, так как в материале появляется сравнительно неэлектропроводная самостоятельная фаза ЕЮ О

> а при добавке менее 5 мас.% феррита меди электропроводность изменяется несущественно.

Кроме того, комбинация феррита и хромита одновапентной меди подавляет электрический разряд и электродуговую эрозию на контакте электродэлектронагреватель, которая во всех известных случаях присутствуют в той или иной степени, разрушая контактные поверхности и снижая надежность электронагревателя в работе.

Явление подавления электрической эрозии на контакте изучено недостаточно, по-видимому, связано с передачей электроэнергии через благоприятную газовую фазу, образующуюся в области контакта электрод-электронагреватель.

Введение стабилизированной двуокиси циркония в качестве добавки, родственной по составу материала электронагревателя, существенно снижает интенсивность высокотемпературных электродных процессов при эксплуатации электродов, что приводит к стабилизации состава электродного материала и температурного режима и способствует повышению надежности электрода путем улучшения контактных соединений. Установлено, что без введения стабилизированной двуокиси циркония в материал электрода происходит существенное интенсивное испарение составных элементов материала электрода, которые хотя и не влияют существенно на ухудшение контакта, но благоприятно сказываются на чистоте атмосферы рабочей камеры. Нижний предел добавки стабилизированной двуокиси циркония объективно трудно устанавливается. По визуальным наблюдениям заметное снижение испаряемости составных компонентов электрода относится к 20 мас.X стабилизированной двуокиси циркония.

Увеличение в составе материала электрода двуокиси циркония более

70 мас.Ж приводит к резкому увеличению электросопротивления электрода, т.е. нарушается непрерывность электропроводкой массы на рснове твердых

851789

1,33

-1

1,91 10

-Н

4,85-10

100

56

1,6

24 растворов хромита и феррита одвовалентной меди и появляются технологические сложности при подборе зернового состава компонентов при изготов лении электрода.

0 0 2 51 4 08 10

20 0 26,7 3,06

14 30 15,5 6,59

lO 50 10,6 2,06ь10

6 70 2 7 3 88 10

0 100 4 7

Пример конкретного исполнения электродов из предлагаемого материала для электрода в электронагревателе из двуокиси циркония является твердый раствор, содержащий 807 cU2 cr 0+

+20X CUg FP2Oq 1К которому добавляют стабилизирова1шую двуокись циркония.

Для приготовления твердого раствора берут шихту из тонкомолотых порошков состава 46,47 Сц (ОН)2 +42,7Х

Cr2O5+10,9Z Pep . Шихту перемешивают, сушат и нагревают до 1050 С. После обжига материал размалывают в виде тонкомолотых. фракций, в нужном соотношении смешивают с тонкими фракциями порошка стабилизированной двуокиси циркония, прессуют при давлении

2000 кг/см и обжигают в печи с воздушной атмосферой до 1500 С с выдерж- 4о кой 2 ч.

Высота готовых образцов электро/ дов 15 мм, диаметр 20 мм.

Образцы испытывают в работе со

45 стержневыми электронагревателями состава О, 87 вес. ч Zv 0 + О, 02 вес.ч.

СаО + 0,04 вес.ч. f 05+0,07 вес.ч.фО.

Длина нагревателей 200 мм, длина активной части 100 мм, диаметр торца

50 выводов электронагревателя 21,5 мм.

Торцы электронагревателя и электродов, имеют шероховатость 3,? мкм. При установке электронагревателей на стенде электРоды находятся на уРовне горловины печи. Усилие поджатия электродов 0,1 кгс.

При испытании температуры включения Электронагревателя 1100 С выход

Результаты измерения удельного . сопротивления электродного материала1. в зависимости от количества введенной стабилизированной двуокиси циркония приведены в таблице.

«Л -2.

1,12 10 5,42 IO

2,36 ° 10 4 ° 10

-2 Я

5,94 10 1,38 10

-2

2,33 10 7,5 .10

- 1 Л

3,937,69 10 3,16 10

2,4 10 2,3 10 на режим с 1100 до 2050 С-на активной части электронагревателя со скоростью

10-15 С/мин. После установления тепо лового режима в печи поддерживаетс выдержка 25 ч, после чего систему питания отключают, печь охлаждают и исследуют состояние контактной поверхности.

В результате контрольных испытаний установлено, что наилучшими показателями характеризуются электроды, содержащие в электродной массе до

30-40 мас.Ж добавки стабилизированной двуокиси циркония.

Для этих составов в условиях установившегося теплового режима снижение температуры на электродах достигает 420-460 С при абсолютном значео нии, не превышающем 1050 С, тогда как контактная поверхность выводов электронагревателей вблизи контакта

O с электродом достигает 1450 С. Указанное обстоятельство свидетельствует,.что электроды иэ предлагаемого материала соответствуют своему назначению, так как позволяют в качестве токоподвода к электродам использовать жаропрочные стали.

При осмотре контактных соединений торцы окрашены конденсатом хромита и феррита одновалентной меди в соотношении, близком к исходному.в электроде, что очень важно, так как в самом электроде это соотношение в пределах точности определений составных компонентов не изменяется.

851789 (Вемавитеиь А. Ходатаева

Редактор В. Матюхина Техред Т.Иаточка Корректор М. Шар оши

Заказ 6392 88 Тираж 889 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент ° r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Визуально контактные поверхности ровные, без следов электродуговой эрозии, подплавлений и трещин. После десятикратного повторного включения электронагревателей контактные поверхности не разрушаются, за редким исключением появления продольных тре-, щин на торцах электронагревателей, не1 являющихся причиной их отбраковки для дальнейшего использования и что не является причиной недостатка элект-< родов. .Контрольные электроды, выполненные в соответствии с известным материалом, при испытании в том же режиме показывают надежность меньшую на

1,5-2,1. раза в результате разрушения контактных поверхностей.

Таким образом, предлагаемый материал для электродов обеспечивает наибольшую надежность работы высокотемпературных электронагревателей по сравнению с известными.

Экономический. эффект от предлагаемого материала обеспечивается за .счет повышения срока службы контакт. ных соединений, а следовательно, и самих нагревателей и составит при

- увеличении срока службы на 50Х 15 руб. ,30 на один электронагреватель.

Формула изобретения

Материал для электрода электронагревателя из двуокиси циркония, содержащий хромит одновалентной меди и токопроводящие добавки, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности контактного соединения. электрод-электронагреватель путем стабилизации температурного режима, снижения интенсивности приэлектродных процессов и подавле" ния электроэрозии, в качестве токопроводящих добавок введены феррит одновалентной меди и стабилизированФ, ная двуокись циркония при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Феррит одновалентной меди 5-25

Стабилизированная двуокись циркония 20-70

Хромит одновалентной меди Осталь ное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Ф 3630968, кл.252-621, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 574869, кл. H 05 В 3/03, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 1245360/07, кл. Н 05 В 3/14, 1977..