Способ изготовления окисного высокотемпературного нагревателя сопротивления с переменной электропроводностью

Союз Советскни цналнстнческ Республик53) УДК 621.3. .036.662.9.00 .2 (088.8) ллетень33 пп делам изебретеии и еткрмтийДата опубликования описания 17.0 А. К. Ру Д. Тка(72) Авторы изобретен дена Трудового Красного Знамени институт пробл материаловедения АН Украинской ССР(71) Заявитель 54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКИСНОГО ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО НАГРЕВАТЕЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ С ПЕРЕМЕННОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬЮИзобретение относится к области производства огнеупоров, преимущественно окисных, и может быть использовано при изготовлении электронагревателей для печей сопротивления, работающих в окислительных средах в интервале температур 1600 - 2200 СВ современном производстве огнеупорных материалов для изготовления тел электронагревателей широко используются способы пластического формования (протяжка) шликерного литья, полусухого прессования с последующей сушкой и обжигом 11.Известные способы изготовления электронагревателей не позволяют получить тело нагревательного сопротивления с переменной электропроводностью по его длине и толщине. Кроме того, наиболее распространенные способы протяжки и шликерного литья основаны на применении однородных тонкозернистых материалов, затрудняющих повышение термостойкости получаемых изделий, работающих в условиях переменных термических нагрузок, что в конечном итоге снижает ресурс их службы.20Наиболее близким из известных по технической сущности является способ изготовления окисного высокотемпературного нагре 2вателя сопротивления с переменной электропроводностью, при котором резистивный состав наносят двумя слоями на технологическую подложку, сушат послойно и на центральной части второго слоя формируют участок с электросопротивлением, отличным от сопротивления указанных слоев (2,Однако этот способ изготовления нагревательвого сопротивления имеет ограниченное применение и усложняется прежде всего тем, что материалы для его тела должны различаться не только по электропроводности, но, главное, иметь резкоотличающиеся химические свойства с тем, чтобы в результате химического травления можно было бы получить нагреватель с переменной по длине электропроводностью. Кроме того, при химическом травлении нарушается структура сформированного изделия, а также исключается возможность регулирования электропровод- ности по толщине тела нагревателя, что в совокупности приведет к снижению ресурса службы окисных нагревательных сопротивлений вследствие возникновения в их теле локальных перегревов.Цель изобретения - улучшение способа изготовления нагревателя с переменной электропроводностью по длине и толшиНе тела,а также повышение ресурса службы изделия.Поставленная цель достигается тем, чтов указанном способе в качестве резистивногосостава берут суспензию тонкодисперсногоокисного наполнителя, слои до сушки обсыпают грубодисперсным порошком того жесостава, сушку их производят при температуре 80: 100 С, а формирование участкапроизводят многократным нанесением слоев окисного материала с одновременным нанесением на концевые участки дополнительных слоев окисного материала, идентичногонижним двум слоям, и дополнительно обжигают нагреватель при температуре, составляющей 0,7: 0,8 температуры плавлениянаиболее тугоплавкого окисла состава.Для регулирования электропроводностипо длине нагревательного сопротивления нацентральный участок его тела наносят слои,используя суспензию окисного наполнителяэлектропроводностью меньшей, чем для слоев концевых участков нагревателя, а длярегулирования электропроводности по толщине тела нагревательного сопротивления,внутренние слои его центрального участкананосят, используя суспензию окисного наполнителя электропроводностью большей,чем для наружных слоев,Способ послойного формирования теланагревательного сопротивления значительно проще способов протяжки и шликерноголитья, так как, используя для разных слоевнагревателя материалы с различной электропроводностью независимо от их химических свойств, можно получить нагреватель спеременной электропроводностью непосредственно в процессе его изготовления и безнарушения его структуры. При этом легкорегулировать электропроводность не толькопо длине тела нагревательного сопротивления, но и по его толщине, что дает возможность подобрать оптимальную схему прохождения электрического тока через нагреватель, при которой достигаются максимальные температуры на наружной поверхностицентрального участка нагревателя. Этимдостигается повышение ресурса службы окисного нагревательного сопротивления, особенно в случае эксплуатации его при температурах выше 2000 С,Кроме того, ресурс службы нагревательного сопротивления в условиях многократных переменных включений и выключенийдополнительно повышается за счет увеличения термостойкости, достигаемой его слоистым строением, включающим чередованиеслоев тонкодисперсной и грубозернистойструктуры.Пример реализации способа.В качестве подложки для формировйниятела нагревателя использовались картонныецилиндры диаметром 20 мм, на которыенаносили слои суспензии окисного наполнителя. В качестве окисного наполнителя суспензии и обсыпочного материала использовали твердые растворы высокоогнеупорных окислов составов: 1 - для концевых участков нагревателя (50 мол. /о НЮ з + 40 мол., ХгО + 1 О мол./ УО а); 11 - для центрального участка нагревателя (97 мол./с НЮ + + 1,5 мол,/с Яс иО а+ 1,5 мол./с СаО) . При этом окисный материал первого состава имеет электропроводность при 1500 С в 1,4 раза большую, чем материал второго состава.В качестве диспергирующей среды для приготовления суспензии использовали растворы быстрополимеризующихся при нагревании органических смол в органическом растворе. Окисные материалы использовали в ви де порошков зернистостью: менее 10 мкм 15 (для приготовления суспензии), 50 - 160 мкм(для промежуточной обсыпки свеженанесенных слоев суспензии).Окисные высокотемпературные нагревательные сопротивления в виде трубок длиной 250 мм с внутренним диаметром 20 - 50 мм изготавливали следующим образом.На картонный цилиндр-подложку по всей его длине наносили 1-й слой суспензии с окисным наполнителем состава 1 и сразу же обсыпали грубодисперсным порошком 25 того же состава, после чего производили сушку при 90 С для закрепления образовавшегося слоя. Затем операции повторяли в той же последовательности для формирования 2-го слоя тела нагревателя.30После формирования 2-го слоя тело нагревательного сопротИвления условно разделили на три примерно равных участка и в дальнейшем повторяли в той же последовательности вышеописанные операции по дальнейшему формированию слоев тела нагревателя, используя окисный материал состава 11 для центрального участка, а состава- для концевых участков. При этом в общей сложности на центральный участок наносили 7 слоев, а на концевые участки 12 слоев, При этом формировалось тело нагревате ля, у которого электропроводность концевыхучастков выше электропроводности центрального, и, в свою очередь электропроводность наружных слоев центрального участка меньше электропроводности внутренних слоев.45 Затем сформированные таким образомизделия обжигали в течение 2,5 ч при температуре 2100 С, что соответствует 0,75 т. пл НЮ т - самого тугоплавкого окисла, использованного при изготовлении окисных нагревательных сопротивлений. В процессе обжига происходило выгорание и удаление картонных подложек. После обжига были получены окисные нагреватели с размерами: длина 240 - 250 мм, наружный диаметр центрального участка 25 - 56 мм, концевых участков 30 - 60 мм в зависимости от конкретного назначения.Использование предлагаемого, способаизготовления высокотемпературных окисных нагревательных, сопротивлений обеспечивает862400 формула изобретения Составитель О, ШедрннаРедактор Г. Петрова Техред А. Войкас Корректор Ю. МакаренкоЗаказ 6638/55 Тираж 889 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5"Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 по сравнению с известными способами следующие преимущества:упрощение способа, в результате чего открывается возможность изготовления из химически устойчивых и близких по свойствам огнеупорных окислов высокотемпературных нагревателей с переменной по длине и толщине тела электропроводностью;резкое повышение ресурса службы крупноразмерных окисных нагревателей в условиях переменных термических нагрузок, что создает благоприятные условия для разработки и надежной эксплуатации печей с рабочими температурами до 2200 С на воздухе. Способ изготовления окисного высокотемпературного нагревателя сопротивления с переменной электропроводностью, при котором резистивный состав наносят двумя слоями на технологическую подложку, сушат послойно и на центральной части второго слоя формируют участок с электросопротивлением, отличным от сопротивленияуказанных слоев, отличающийся тем, что,с целью упрощения изготовления и повышения срока службы, в качестве резистивногосостава берут суспензию тонкодисперсногоокисного наполнителя, слои до сушки обсыпают грубодисперсным порошком того жесостава, сушку их производят при температуре 80 - 100 С и формирование участкапроизводят многократным нанесением слоевокисного материала с одновременным нанесением на концевые участки дополнительныхслоев окисного материала, идентичного нижним двум слоям, и дополнительно обжигаютнагреватель при температуре, составляющей15 0,7 - 0,8 температуры плавления наиболеетугоплавкого окисла состава.Источники информации,принятые во внимание. при экспертизе1. Керамика из высокоогнеупорных окис 20лов, п/р Д. Н. Полубояринова и др., Металлургия, 1977.2. Патент ФРГ2310148,кл. Н 05 В 3/12, 1975,