Способ изготовления окисного высокотемпературного нагревателя сопротивления с переменной электропроводностью Советский патент 1981 года по МПК H05B3/14 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКИСНОГО ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО НАГРЕВАТЕЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ С ПЕРЕМЕННОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТБЮ Изобретение 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°С В современном производстве огнеупорных материалов для изготовления тел электронагревателей широко используются способы пластического формования (протяжка) шликерного литья, полусухого прессования с последующей сушкой и обжигом 1. 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 щликерного литья основаны на применении однородных тонкозернистых материалов, затрудняющих повышение термостойкости получаемых изделий, работаюш,их в условиях переменных термических нагрузок, что в конечном итоге снижает ресурс их службы. Наиболее близким из известных по технической сущности является 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 сопротивления указанных слоев 2. Однако этот способ изготовления нагревательного 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 бь1 получить нагреватель с переменной по длине элек тропроводностью. Кроме того, при химическом травлении нарушается структура сформированного изделия, а также исключается возможность регулирования электропроводности 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 толщине тела, а также повышение ресурса службы изделия. Поставленная цель достигается тем, что в указанном способе в качестве резиетивного состава берут суспензию тонкодисперсного окисного наполнителя, слои до сушки обсыпают грубодисперсным порошком того же состава, сушку их производят при температуре 80; 100°С, а формирование участка производят многократным нанесением слоев окисного материала с одновременным нанесением на концевые участки дополнительных слоев окисного материала, идентичного нижним двум слоям, и дополнительно обжигают нагреватель при температуре, составляющей 0,7 0,8 температуры плавления наиболее тугоплавкого окисла состава. Для регулирования электропроводности по длине нагревательного сопротивления на центральный участок его тела наносят слои, используя суспензию окисного наполнителя электропроводностью меньшей, чем для елоев концевых участков нагревателя, а для регулирования электропроводности по толщине тела нагревательного сопротивления, внутренние слои его центрального участка наносят, используя суспензию окисного наполнителя электропроводностью большей, чем для наружных слоев. Способ послойного формирования тела нагревательного сопротивления значительно проще способов протяжки и шликерного литья, так как, используя для разных слоев нагревателя материалы с различной электропроводностью независимо от их химических свойств, можно получить нагреватель с переменной электропроводностью непосредственно в процессе его изготовления и без нарушения его структуры. При этом легко регулировать электропроводность не только по 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 поверхности центрального участка нагревателя. Этим достигается повыщение 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 выключений дополнительно повышается за счет увеличения термостойкости, достигаемой его слоистым строением, включающим чередование слоев тонкодисперсной и грубозернистой структуры. Пример реализации способа . В качестве подложки для формирования тела нагревателя использовались картонные цилиндры диаметром 20 мм, на которые наносили слои суспензии окисного наполнителя. В качестве окисного наполнителя суспензии и обсыпочного материала использовали твердые растворы высокоогнеупорных окислов составов: I - для концевых участков нагревателя (50 мол. % НЮа -f 40 , ZrO t + 10 мол.% Y t); II - для центрального участка нагревателя (97 мол.% НЮ 2 + + 1,5 мол.о/о ScaOj+ 1,5 мол.о/о 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 (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 I и сразу же обсыпали грубодисперсным порошком 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. После 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 II для центрального участка, а состава I - для концевых участков. При этом в общей сложности на центральный участок наносили 7 слоев, а на концевые участки 12 слоев. При этом формировалось тело нагревателя, у которого электропроводность концевых участков выше электропроводности центрального, и, в свою очередь электропроводность наружных слоев центрального участка меньше электропроводности внутренних слоев. Затем сформированные таким образом изделия обжигали в течение 2,5 ч при температуре 2100°С, что соответствует 0,75 т. пл НЮ 1- 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 , способа изготовления высокотемпературных окисных нагревательных .сопротивлений обеспечивает

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.

Формула изобретения

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 сопротивления указанных слоев, отличающийся тем, что, с целью упрощения изготовления и повышения срока службы, в качестве резистивного

состава берут суспензию тонкодисперсного окисного наполнителя, слои до сушки обсыпают грубодисперсным порошком того же состава, сушку их производят при температуре 80-100°С и формирование участка

производят многократным нанесением слоев окисного материала с одновременным нанесением на концевые участки дополнительных слоев окисного материала, идентичного нижним двум слоям, и дополнительно обжигают нагреватель при температуре, составляющей

0,7-0,8 температуры плавления наиболее тугоплавкого окисла состава.

Источники информации, принятые во внимание, при экспертизе

1.Керамика из высокоогнеупорных окислов, п/р Д. Н. Полубояринова и др., «Металлургия, 1977.

2.Патент ФРГ № 2310148, кл. Н 05 В 3/12, 1975.