СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВАТЕЛЯ ИЗ ХРОМИТА ЛАНТАНА Российский патент 1998 года по МПК H05B3/14 C04B35/42 

Изобретение относится к изготовлению электрических нагревателей из высокоогнеупорных оксидов, в частности хромитов редкоземельных элементов, таких как лантан, которые могут быть применены для создания высокотемпературных печей и установок, работающих на воздухе до 1850^oC.

Известен способ изготовления электрического нагревателя из диоксида циркония с пористостью больше 80%, выводные концы которого с помощью ультразвукового или термохимического методов пропитаны более электропроводным материалом, например хромитом лантана [1].

Нагреватели, изготовленные по этому способу, требуют предварительного разогрева, имеют малую конструктивную прочность и отличаются нестабильностью эксплуатационных характеристик в процессе службы из-за структурных изменений в высокопористом материале активной части и фазовых изменений на границе активной и пропитанной токовыводной части при высоких температурах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления нагревательного элемента из модифицированного кальцием хромита лантана с утолщенными токовыводными частями, согласно которому осуществляют синтез хромита лантана путем взаимодействия оксидов лантана, хрома с добавкой оксида кальция способом высокочастотного плавления, измельчают, формуют активную и токовыводные части из масс, содержащих крупнозернистую фракцию с размером зерен 0,5-1 мм не менее 25 мас.% и мелкозернистую фракцию с размером зерен менее 0,01 мм не менее 50 мас.%, причем для активной части берут хромит лантана, модифицированный кальцием, состава La_1-xCa_xCrO₃, где x - 0,05-0,15, а для токовыводных частей хромит лантана, модифицированный кальцием, состава La_1-xCa_xCrO₃, где x - 0,15-0,30, обжигают и металлизируют токовыводные части [2].

Такой способ связан со значительными энергозатратами на получение мелкозернистой фракции с размером зерен менее 0,01 мм, как результат использования для получения модифицированного оксидом кальция хромита лантана способа высокочастотной плавки при температуре 2000-2500^oC с последующим дроблением и вибропомолом продукта до зерен требуемого размера.

Кроме того способ высокочастотной плавки ввиду высокой температуры синтеза характеризуется сильным уносом вещества при плавлении, в частности, происходит значительная потеря оксида хрома.

Задача изобретения - уменьшение энергозатрат, снижение расхода исходных компонентов на получение конечного продукта.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления электрического нагревателя из хромита лантана, модифицированного кальцием, с утолщенными токовыводными частями, при котором хромит лантана синтезируют из оксидов лантана и хрома с добавкой оксида кальция, измельчают, формуют активную и токовыводные части из масс, содержащих крупнозернистую фракцию с размером зерен 0,5-1 мм не менее 25 мас.% и мелкозернистую фракцию с размером зерен менее 0,01 мм не менее 50 мас.%, причем для активной части берут хромит лантана, модифицированный кальцием, состава La_1-xCa_xCrO₃, где x - 0,05-0,15, а для токовыводных частей хромит лантана, модифицированный кальцием, состава La_1-хCa_xCrO₃ где x - 0,15-0,30, обжигают и металлизируют токовыводные части, при формировании в качестве мелкозернистой фракции используют хромит лантана, модифицированный кальцием, синтезированный путем взаимодействия оксидов лантана и хрома с добавкой оксида кальция в твердой фазе при температуре не выше 1250^oC в присутствии кислородных солей лития.

Отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, что при формировании в качестве мелкозернистой фракции используют хромит лантана, модифицированный кальцием, синтезированный путем взаимодействия оксидов лантана и хрома с добавкой оксида кальция в твердой фазе при температуре не выше 1250^oC в присутствии кислородных солей лития.

Такая совокупность признаков не известна в литературе для уменьшения энергозатрат, снижения расхода исходных компонентов на получение конечного продукта.

Пример 1. Для изготовления нагревателя синтезированный высокочастотным плавлением при температуре 2500^oC хромит лантана состав La_0.97Ca_0.03CrO₃ и La_0.9Ca_0.1CrO₃ дробят до получения зерен размером 0,5-1 мм; для получения мелкозернистой фракции с размером зерен менее 0,01 мм берут оксиды лантана, хрома и кальция в следующем количестве: для активной части La₂O₃ - 670 г, Cr₂ O₃ - 323 г, CaO - 7 г, для токовыводной части, La₂O₃ - 640 г, Cr₂O₃ - 335 г, CaO - 25 г.

Взятые в указанном количестве оксиды смешивают в течение 1,5 ч? при этом в каждую смесь предварительно добавляют по 15 г карбоната лития. Далее осуществляют взаимодействие в твердой фазе. Для этого смесь оксидов прокаливают для активной части при 1100^oC в течение 1 ч, для токовыводной части при 1250^oC в течение 1,5 ч. Формируют заготовки активной и токовыводных частей из масс, содержащих:
в активной части
плавленый хромит лантана состава La_0.97Ca_0.03CrO₃ - 66%
хромит лантана, синтезированный в твердой фазе, состава La_0.97Ca_0.03CrO₃ - 34%
в токовыводных частях
плавленый хромит лантана состава La_0.9Ca_0.1CrO₃ - 30%
хромит лантана, синтезированный в твердой aазе, состава La_0/9Ca_0.1CrO₃ - 70%
Отформованные заготовки предварительно обжигают при температуре 1300^oC, надевают токовыводные части и производят окончательный обжиг при 1700^oC в течение 6 ч, металлизируют выводные части никелем.

Пример 2. Процесс изготовления ведут согласно указанному в примере 1, только в качестве кислородсодержащей соли берут нитрат лития в количестве 50 г.

Выводы
Такой способ изготовления нагревателя имеет ряд преимуществ.

1. За счет использования твердофазного синтеза модифицированного кальцием хромита лантана из оксидов лантана, хрома и кальция в присутствии кислородсодержащих солей лития для получения зерен размером менее 0,01 значительно снижаются температура синтеза и энергозатраты, связанные с изготовлением нагревателя.

2. Ввиду низкой температуры твердофазного синтеза исключается унос исходных компонентов, в частности оксида хрома, и процесс изготовления нагревателя, в свою очередь, оказывается более экологически чистым.

Список литературы
1. Патент Франции N 2373206, C 04 B 35/00, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР N 1525951, H 05 B 3/14, 1983.

Способ изготовления электрического нагревателя из хромита лантана, модифицированного кальцием, с утолщенными токовыводными частями включает синтез хромита лантана из оксидов лантана и хрома с добавкой оксида кальция, измельчение исходного материала, формование активной и токовыводных частей из масс, содержащих крупнозернистую фракцию с размером зерен 0,5 - 1 мм не менее 25 мас.% и мелкозернистую фракцию с размером зерен менее 0,01 мм не менее 50 мас.%, где для активной части берут хромит лантана, модифицированный кальцием, состава La_1-xCa_xCrO₃, где x - 0,05 - 0,15, а для токовыводных частей хромит лантана, модифицированный кальцием, состава La_1-xCa_xCrO₃, где x = 0,15 - 0,30, причем в качестве мелкозернистой фракции берут хромит лантана, модифицированный кальцием, синтезированный путем взаимодействия оксидов лантана и хрома с добавкой оксида кальция в твердой фазе при температуре не выше 1250^oC в присутствии кислородных солей лития, затем проводят обжиг и металлизацию токовыводных частей.

Способ изготовления электрического нагревателя их хромита лантана, модифицированного кальцием, с утолщенными токовыводными частями, включающий синтез хромита лантана их оксидов лантана и хрома с добавкой оксида кальция, измельчение исходного материала, формование активной и токовыводных частей из масс, содержащих крупнозернистую фракцию с размером зерен 0,5-1 мм не менее 25 мас. % и мелкозернистую фракцию с размером зерен менее 0,01 мм не менее 50 мас.%, причем для активной части берут хромит лантана модифицированный кальцием, состава La_1-xCa_xCrO₃, где x = 0,05-0,15, а для токовыводных частей хромит лантана, модифицированный кальцием, состава La_1-xCa_xCrO₃, где x = 0,15 - 0,30, обжиг и металлизацию токовыводных частей, отличающийся тем, что при формовании в качестве мелкозернистой фракции используют хромит лантана, модифицированный кальцием, синтезированный путем взаимодействия оксидов лантана и хрома с добавкой оксида кальция в твердой фазе при температуре не выше 1250^oC в присутствии кислородных солей лития.