Материал для электрода электро-нагревателя из двуокиси циркония

ппленности г упорной про ДЗИ ЭЛЕКТРОДА ЭЛЕКТРОНАГРЕВУОКИСИ ЦИРКОНИЯ.М. Устьянцев, В.П. М Г.А. Таксис и Изобретение относится к электро термии, в частности к окисным элект. ронагревателям, 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.15Известен также материал электроо дов для высокотемпературных электронагревателей из двуокиси циркония,включающий хромнт одновалентноц меди ИНедостатком данного материала является низкая надежность электродов в результате ухудшения электрофизических свойств .материала с одновременным нарушением стабильного теплового режима в результате интенсивного испарения окислов меди с последующйм.разрушением электродов.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому являет" ся материал электродов для высокотемпературных электронагревателей из двуокиси циркония, содержащий хро мит одновалентной меди с добавкой хромита иттрия ГЗ.Однако такой материал .обладает низкой надежностью электронагревателя из-за разрушения контактных поверхностей электрод-электронагреватель в.процессе работы,:так как при этом окись иттрия из электродного материала диффундирует в электро- нагреватель в области контакта с образованием твердого раствора с двуокисью циркония. Повьппение концентрации твердых растворов на основе двуо10 20 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 интенсификации диффузионных процессов 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 Физико- химических 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 одновалентноймеди 5-25Стабилизированнаядвуокись циркония 20-70Хромит одновалентноймеди, .ОстальноеЭлектропроводность 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 (СОСАЛО ) обусловлена перескоком электронов с СГ и Сц на Сг иЪ+ + 4 Ф Сц При введении феррита меди СОР 60)в хромит меди электропровод- ность твердого раствора возрастает очевидно за ечет увеличения числа перескоков электронов. 25 30 35 40 45 50 Экспериментально установлено, что введение феррита меди более 25 мыс.% нецелесообразно, так как в материале появляется сравнительно неэлектропроводная самостоятельная Фаза ЕЮО) а при добавке менее 5 мас.% Феррита меди электропроводность изменяется несущественно.Кроме того, комбинация феррита и хромита одновапентной меди подавляет электрический разряд и электро- дуговую 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. Нижнийпредел добавки стабилизированной двуокиси циркония объективно трудно устанавливается. По визуальным наблюдениям заметное снижение испаряемос. ти составных компонентов электрода относится к 20 мас.% стабилизированной двуокиси циркония. Увеличение в составе материала электрода двуокиси циркония более 70 мас.% приводит к резкому увеличению электросопротивления электрода, т.е. нарушается непрерывность электропроводкой массы на основе твердых-Н4,85-10 100 80 1,6 24 растворов хромита и феррита одновалентной меди и появляются технологические сложности при подборе зернового состава компонентов при изготовлении электрода,0 0 2,51 4,08 1020 0 26,7 3,0614 30 15,5 6,5910 50 10,6 2,06106 70 2,7 3,88 10О 100 4,7 Пример конкретного исполненияэлектродов из предлагаемого материала для электрода в электронагревателеиз двуокиси циркония является твердый раствор, содержащий 807 СЦ 2 СГ 2 0++207 С 02 Ге 204 1 к которому добавляютстабилизирова 1 шую двуокись циркония.Для приготовления твердого раствора берут шихту из тонкомолотых порошков состава 46,47 Сц (ОН)2 +42,77СГ 205+10,97 ГЮЯ . Шихту перемешивают,сушат и нагревают до 1050 С, Послеобжига материал размалывают в видетонкомолотых. Фракций, в нужном соотношении смешивают с тонкими фракциямипорошка стабилизированной двуокисициркония, прессуют при давлении2000 кг/см и обжигают в печи с воздушной атмосферой до 1500 С с выдержкой 2 ч,Высота готовых образцов электро/дов 15 мм, диаметр 20 мм.Образцы испытывают в работе со45 стержневыми электронагревателями состава 0,87 вес.ч0+ 0,02 вес.ч. СаО + 0,04 вес.ч. 105+0,07 вес,ч.МуО. Длина нагревателей 200 мм, длина активной части 100 мм, диаметр торца50 выводов электронагревателя 21,5 мм. Торцы электронагревателя и электродов, имеют шероховатость 3,2 мкм. При установке электронагревателей на стенде электроды находятся на уровне горловины печи. Усилие поджатия электродов 0,1 кгс.При испытании температуры включеийя Электронагревателя 1100 С выход 6Результаты измерения удельного . сопротивления электродного материала 1. в зависимости от количества введенной стабилизированной двуокиси циркония приведены в таблице. на режим с 1100 до 2050 С.на активной части электронагревателя со скоростью 10-15 С/мин. После установления теполового 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.7. добавки стабилизированной двуокиси циркония.Для этих составов в условиях установившегося теплового режима снижение температуры на электродах достигает 420-460 С при абсолютном значеонии, не превышающем 1050 С, тогда как контактная поверхность выводов электронагревателей вблизи контакта 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 реди 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.(Вемазетеиь А, ХодатаеваРедактор В. Матюхина Техред Т.Иаточка Корректор М ШарМ. Шароши Заказ 6392 88 Тираж 889 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Филиал ППП Патентг. Ужгород, ул. Проектная, 4 Визуально контактные поверхностировные, без следов электродуговойэрозии, подплавлений и трещин. Последесятикратного повторного включенияэлектронагревателей контактные поверхности не разрушаются, за редкимисключением появления продольньцс тре-,щин на торцах электронагревателей, не 1являющихся причиной их отбраковкидля дальнейшего использования и что 10не является причиной недостатка элект-родов..Контрольные электроды, выполненные в соответствии с известным материалом, при испытании в том же режимепоказывают надежность меньшую на1,5-2,1, раза в результате разрушенияконтактных поверхностей.Таким образом, предлагаемый материал для электродов обеспечивает наибольшую надежность работы высокотемпературных электронагревателей посравнению 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 507. 15 руб.,30 на один электронагреватель. Формула изобретенияМатериал для электрода электронагревателя из двуокиси циркония, содержащий хромит одновалентной меди и токопроводящие добавки, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности контактного соединения. электрод-электронагреватель путем стабилизации температурного режима, снижения интенсивности приэлектродных процессов и подавле" ния электроэрозии, в качестве токо- проводящих добавок введены феррит одновалентной меди и стабилизированФ, ная двуокись циркония при следующем соотношении компонентов, мас.7:Феррит одновалентной меди 5-25 Стабилизированная двуокисьциркония 20-70 Хромит одновалентной меди ОстальноеИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США У 3630968,кл.252-621, 1971,2. Авторское свидетельство СССРФ 574869, кл. Н 05 В 3/03, 1976.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке 1245360/07, кл. Н 05 В 3/14,1977