Шихта для изготовления электропроводного материала

СОЮЗ СОВЕТСНИХсаимламсиииРЕСПУБ ЛИК 9) (11) 2 Г 10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(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, 974.2. Авторское свидетельство СССР У 561717, кл. С 04 В 3/71, 1974.(54) (57) ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОГО МАТЕРИАЛА, содержащая оксиды и металлический компонент, о т л и ч а ю щ а я с я 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 - металли ческую медь при следукицем соотношении компонентов, мас.7.:Трехоксид ванадия 25-49 Пятиоксид ванадия 1 -5 Металлическая медь ОстальноеИзобретение относится к огнеупорной промьппленности и может быть использовано в цветной металлургии, в частности для изготовления электро- проводных участков футеровки индукционных канальных печей при плавке.цинка и его сплавов.Известен электропроводный материал, содержащий диоксид циркония, металлический никель, нитевидные кристаллы карбида кремния 1Недостатком этого материала является разложение карбида кремния в результате химического взаимодействия на контакте с асплавом цинка. Изме няется первоначальный фазовый состав материала, следовательно, нарушается стабильность электрофизическихсвойств. Кроме того, режим горячегоопрессования при 1300 С затрудняет 20 технологический процесс вследствие наличия в материале металлической составляющей, которая склонна к окис" лению в процессе нагрева неуплотненного материала, т.е, последний имеет низкую металлоустойчивость и сложность в изготовлении. ЗО Наиболее близкой к предлагаемойявляется шихта для изготовленияеэлектропроводного материала, содержащая металлический хром (металлический кожонент), хромит редкоземельного элемента или иттрия, монокристаллический наполнитель (стабилизированный диоксид циркония) ифосфатное связующее 21Недостаток этого материала - невысокая металлоустойчивость на контактес оксидом цинка, который образуется40при окислении расплава и паров цинка,пропитывающих рабочую зону Футеровки. Наблюдается химическое взаимодействие хромитов с оксидом цинка,процесс сопровождается фазовыми превращениями, разрыхлением футеровки45и дальнейшим ее разрушением эроэионным воздействием расплава при работе индукционной канальной печи,Кроме того, известный материал характеризуется низкой электропроводностью 50в интервале температур 400-800 С,которая не обеспечивает высокой концентрации и излома линий электрического тока в плавильном канале наэлектропроводном участке футеровки, 55что снижает эффект повьппения конвективного теплообмена при плавке цинкаи его сплавов, следовательно, снижается стойкость Футеровки индукционной канальной лечи.Цель изобретения - повьппение электропроводности материала при 400 Ф800 С и обеспечение его металлоустойчивости к расплаву цинка и его сплавов.Поставленная цель достигается тем, что шихта для изготовления электро- проводного 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 -49Пятиоксид ванадия-5Металлическпя медь ОстальноеДанное предложение решает задачу создания огнеупорного материала с повьппенной 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 трех- оксида 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,НачинаяОс 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 процессо спекания идет по твердофазному механизму, происходит образование стабильной в данных условиях медной ванадиевой бронзы.При содержании металлической меди в шихте более 70 мас, долиснижается металлоустойчивость материала в расплаве цинкаПроисходитвзаимодействие 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 Е, снижается электропроводность и ударная вязкость материала, Повышенное содержание трехоксида ванадия более 49 мас, 1 О долиснижает 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 контакту металлических частиц между собой, Падает огнеупорность материала. С увеличением количества пяти- оксида ванадия более 5 мас.долиснижаются термопрочностные свойства 25 материала, возрастает его деформируемость при температуре, превышаю щей температуру плавления пятиоксида ванадия, т.е. выше 670 фС, вследствие появления значительного ко личества жидкой фазы. Снижается электропроводность материала. Снижение количества пятиоксида ванадия в шихте мене 1 мас.доли Х сопровождается потерей металлоустойчивости35 материала из-за его неспеченного состояния.Изготовление электропроводного материала из предлагаемой шихты происходит следующим образом,Металлическую медь трехоксид и пятиоксид ванадия, требуемого соотношения,ф тщательно перемешивали до получения однородной массы зернового состава, мас.доли: фракция (6-56) 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 100 МПа, Обжиг проводили в графитовой засыпке при 880 С. Скорость подъема температуры в процессе 55 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 ус 3ловиях вакуума 10 атм.Погрешность измерения электросопротивления в диапазоне О - 10 Ом составляла менее 0,1Результаты 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,оачем по прототипу. При 400 С, когда в канале индукционной печи еще нет расплава (устанавливаемый в футеровке цинковый металлический шаблоно 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 температуоры составляла 4 С в мин иэотермическая выдержка при 880 С - 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 оценива0920(3(3 ли в Х 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-. готовг(енные из шихты предлагаемого состава, имеют более высокую металло-, устойчивость на контакте с расплавом цинка и его оксидов, превышающую металлоустойчивость образцов из шихТаблица Массовая Темлератуюа Се- ;еь шк.,Ащеедоля, 400500600 3 700 3 800Х -( (Удельная электролроводность, Ом см Состав МВеиественный состав аих ты е.50ЭО10 3402 323 О 1074 982 853 а(вомохромоФосфатнаясвязка (80"903 водный раствор) 10 Предла гаемый 1Металлическая медьТрехоксид ванадияПятиоксид ванадия 239,6 203,8 192,0 7029 386,4 3255 3 Металлическая медьТрехоксид ванадияПятиоксид ванадия Э 14,0 300,1 298,5 7025 134,0 354,0 5 Металлическая медь Трехоксид ванадия Пятиоксид ванадия 165,1 3737 165,4 6037 343,3 165,1 3 Металлическая медьТрехоксид ванадияПятиоксид ванадия 170,5 189 О 194,4 Таблица 2 аэовый составеакционнойэоны Металлический хром Монокристаллически наполнитель Алюмохромофосфатна связка едь 30 О Прототип Хромит иттрияМеталлический хром Монокристаллический "наполнитель (стабилизированный диоксид циркония ) рототип 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 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 незначительнуюпропитку, поэтому фазовый состав реакционной зоны этих тиглей не опре- делялие Составитель А.КальницкийТехред Т.Маточка Корректор О,Тигор Редактор С.Лисина Заказ 3174/7 Тираж 775ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб.,Подписное д. 4/5 фцлиал ППП "Патент", г. Ужгород. ул. Проектная, 4 Предлагаемый1 Металлическая медь