CN111741550B - 一种利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法 - Google Patents
一种利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111741550B CN111741550B CN202010587566.4A CN202010587566A CN111741550B CN 111741550 B CN111741550 B CN 111741550B CN 202010587566 A CN202010587566 A CN 202010587566A CN 111741550 B CN111741550 B CN 111741550B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tungsten tube
- tungsten
- melting
- mixture
- tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 63
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 63
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 22
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 16
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims description 3
- 229910000619 316 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims 4
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/22—Furnaces without an endless core
- H05B6/24—Crucible furnaces
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物方法，属于材料高温冶金技术领域。采用水冷铜坩埚高频感应加热炉，水冷铜坩埚内放置待熔材料，高熔点钨管一端预埋入混合物中，钨管另一端连接提升装置。在惰性气氛下熔炼，高频电磁场首先加热氧化物中钨管，钨管通过热传导将周围氧化物和金属混合物熔化形成小熔池。随后启动钨管提升装置，钨管与高温熔池脱离接触，高频电磁场直接加热小熔池并逐渐将全部混合物材料熔化。利用钨管可以成功引熔混合物，并且具有提升功能的钨管能够减少钨与熔体接触时间，避免钨金属进入熔池影响熔体化学组成。
Description
技术领域
本发明涉及材料高温冶金技术领域，具体涉及一种利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法。
背景技术
当核电厂发生堆芯熔化严重事故，在冷却水丧失条件下，UO2燃料芯块裂变热导致堆芯温度急剧升高，将芯块及外层Zr包壳、508III管板融化，熔融物温度高达2600℃以上。因目前还没有高于2000℃氧化性气氛的电热炉，通常使用水冷坩埚高频感应加热氧化物模拟堆芯熔化事故。室温下UO2、ZrO2等氧化物大多为介电体，直接采用高频电磁加热不能将其加热熔化。因此，在水冷坩埚电磁熔化初期，有一个关键引熔氧化物熔化阶段，即需要通过附加热源将部分氧化物加热至一定温度，氧化物自身才可以吸收高频电磁场能量。现有氧化物熔炼是采用MO氧化物中的M金属环作为引熔材料，M金属环在高频电磁场中被加热，并在氧化性气氛下生成MO氧化物。但是这在模拟堆芯熔化研究中存在两个难题，首先氧化程度不可控，导致最终金属在混合物中的比例不确定。此外，在中性或保护性气氛下没有办法实施。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法，通过采用具有提升功能的高熔点钨管并在惰性气氛下成功引熔氧化物和金属粉混合物。
本发明技术方案如下：
一种利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法，该方法包括如下步骤：
1)准备带有水冷铜坩埚的高频感应加热炉，准备待熔炼材料，待熔炼材料为高熔点氧化物和金属粉的混合物；
2)将待熔炼材料高熔点氧化物和金属粉均匀混合后，放置在水冷铜坩埚中；
3)在坩埚中待熔化材料内放置高熔点钨管，钨管一端预埋入待熔化材料内，钨管另一端连接提升装置；
4)采用电磁感应加热坩埚内的待熔炼材料，电磁加热功率为25-42KW，电源加热频率为250-300KHz，加热过程中，电磁场首先加热预埋入的钨管，钨管再通过热传导将周围材料引熔形成小的熔池；
5)待步骤(4)加热形成小熔池后，启动钨管提升装置，将钨管提升，使其脱离与高温熔池接触，以减少钨金属溶解进入熔池；
6)继续保持电磁感应加热坩埚内材料，在保温功率50-70KW条件下保温15-90分钟；保温过程中，小熔池逐渐扩大，直至坩埚内全部材料熔化。
所述待熔炼材料中，高熔点氧化物为熔点高于2600℃的ZrO2粉、CaO粉和UO2粉等中的一种或几种混合；所述金属为金属粉末或金属颗粒，所述金属为锆、纯铁、316不锈钢和508-III钢等中的一种或几种；所述待熔炼材料中添加的金属占总重量0％～30％。
采用水冷铜坩埚一次感应熔化的所述待熔炼材料为1-10公斤，熔化后形成熔体的温度大于2600℃。
所述水冷铜坩埚采用分瓣式水冷铜坩埚，各坩埚瓣间缝隙小于2mm，坩埚缝隙采用待熔化材料紧密填充。
所述钨管的外径为水冷铜坩埚内径的一半。
步骤(4)-(5)的过程在惰性气氛下进行，以防止钨管氧化，惰性气氛为He气氛、Ar气氛或N2气氛。
本发明的优点和有益效果如下：
1、本发明在惰性气氛下通过电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物，在惰性气氛下熔炼，高频电磁场首先加热混合物中钨管，钨管通过热传导将周围氧化物和金属混合物熔化形成小熔池。随后启动钨管提升装置，钨管与高温熔池脱离接触，高频电磁场直接加热小熔池并逐渐将全部材料熔化。利用钨管可以成功引熔氧化物，并且具有提升功能的钨管(钨管上端连接具有升降功能的提升装置)能够减少钨与熔体接触时间，避免钨金属进入熔池影响熔体化学组成。
2、本发明中电磁感应加热钨管表面积更大，钨管与工质的接触面大，钨管受热后传导给工质的热量也更多，可以确保待熔材料能够加热熔化。而使用小金属环则可能会出现不能引熔氧化物工质问题。
附图说明
图1为实施例1熔炼后ZrO2锭宏观图片和剖面；其中：(a)宏观图片；(b)剖面。
图2为实施例1熔炼后ZrO2锭的显微组织；其中：(a)和(b)为不同倍数图像。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，以下结合实例对本发明进行描述，但实例仅为对本发明的特点和优点做进一步阐述，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1：
称量3000克的ZrO2粉和100克Fe粉，其中Fe含量占全部熔化材的3.23wt,.％。
将ZrO2粉和Fe粉混合均匀后填充到内径120mm的水冷铜坩埚中，填充一半混合物之后，将外径60mm、壁厚5mm的钨管一端竖直放置在混合物中，剩余一半的混合物放置于坩埚与钨管中间的空隙，并用细铁棒捣实。钨管另一端连接提升装置，对提升装置没有严格要求，只要能控制钨管升降即可。
炉内抽真空至10Pa后通入高纯氩气，上述过程重复3次，最终通入氩气压力为-0.08MPa。
采用40kW功率加热3分钟后，加热线圈电流下降，表明钨管已经将周围的混合物熔化，钨管周围氧化物熔化形成小的熔池，此时电源加热频率297KHz。
采用钨管提升装置将钨管提升脱离与高温小熔池接触，减少钨金属进入熔池。
功率调整至60kW，并保温30分钟，通过观察窗观察，直至发现工质全部融化。
停电冷却，观察到混合物全部熔化(图1)，表明熔体温度高于2800℃；在凝固铸锭中观察到极微量W金属颗粒(图2)。
Claims (5)
1.一种利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
1）准备带有水冷铜坩埚的高频感应加热炉，准备待熔炼材料，待熔炼材料为高熔点氧化物和金属粉的混合物；
2）将待熔炼材料高熔点氧化物和金属粉均匀混合后，放置在水冷铜坩埚中；
3）在坩埚中待熔化材料内放置高熔点钨管，钨管一端预埋入待熔化材料内，钨管另一端连接提升装置；
4）采用电磁感应加热坩埚内的待熔炼材料，电磁加热功率为25-42KW，电源加热频率为250-300KHz，加热过程中，电磁场首先加热预埋入的钨管，钨管再通过热传导将周围材料引熔形成小的熔池；
5）待步骤（4）加热形成小熔池后，启动钨管提升装置，将钨管提升，使其脱离与熔池接触，以减少钨金属溶解进入熔池；
6）继续保持电磁感应加热坩埚内材料，在保温功率50-70KW条件下保温15-90分钟；保温过程中，小熔池逐渐扩大，直至坩埚内全部材料熔化；
所述待熔炼材料中，高熔点氧化物为熔点高于2600℃的ZrO2粉、CaO粉和UO2粉中的一种或几种混合；所述金属为金属粉末或金属颗粒，所述金属为锆、纯铁、316不锈钢和508-III钢中的一种或几种；
所述待熔炼材料中添加的金属占总重量0%~30%。
2.根据权利要求1所述的利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法，其特征在于：采用水冷铜坩埚一次感应熔化的所述待熔炼材料为1-10公斤，熔化后形成熔体的温度大于2600℃。
3.根据权利要求1所述的利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法，其特征在于：所述水冷铜坩埚采用分瓣式水冷铜坩埚，各坩埚瓣间缝隙小于2mm，坩埚缝隙采用待熔化材料紧密填充。
4.根据权利要求1所述的利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法，其特征在于：所述钨管的外径为水冷铜坩埚内径的一半。
5.根据权利要求1所述的利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法，其特征在于：步骤（4）-（5）的过程在惰性气氛下进行，以防止钨管氧化，惰性气氛为He气氛、Ar气氛或N2气氛。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010587566.4A CN111741550B (zh) | 2020-06-24 | 2020-06-24 | 一种利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010587566.4A CN111741550B (zh) | 2020-06-24 | 2020-06-24 | 一种利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111741550A CN111741550A (zh) | 2020-10-02 |
| CN111741550B true CN111741550B (zh) | 2021-08-31 |
Family
ID=72652054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010587566.4A Active CN111741550B (zh) | 2020-06-24 | 2020-06-24 | 一种利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111741550B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112414126A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-02-26 | 中国科学院金属研究所 | 一种超高温熔化百公斤级氧化物和金属粉混合物的方法 |
| CN112813298A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-18 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种复杂熔融物的熔炼方法 |
| CN112830519A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-25 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种铀氧化物熔炼方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991002438A1 (en) * | 1989-07-31 | 1991-02-21 | Union Oil Company Of California | Modular heater |
| WO2008046542A2 (de) * | 2006-10-13 | 2008-04-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM RISSFREIEN SCHWEIßEN, REPARATURSCHWEIßEN ODER AUFTRAGSSCHWEIßEN HEIßRISSANFÄLLIGER WERKSTOFFE |
| CN102997661A (zh) * | 2012-11-26 | 2013-03-27 | 睿为科技（天津）有限公司 | 用于冷坩埚制备高纯金属氧化物的启动熔化装置和方法 |
| CN104762585A (zh) * | 2015-03-25 | 2015-07-08 | 西安交通大学 | 一种利用金属丝导引熔融金属涂覆的成形装置及方法 |
| CN105283563A (zh) * | 2013-04-26 | 2016-01-27 | 原子能与替代能源委员会 | 电磁感应炉和所述炉用于熔化金属和氧化物的混合物的用途，所述混合物代表堆芯熔融物 |
| CN106643147A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-10 | 昆明铂生金属材料加工有限公司 | 用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化装置及方法 |
| CN107343334A (zh) * | 2017-09-07 | 2017-11-10 | 成都鼎熙瑞泽科技有限公司 | 一种电磁感应加热式坩埚 |
-
2020
- 2020-06-24 CN CN202010587566.4A patent/CN111741550B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991002438A1 (en) * | 1989-07-31 | 1991-02-21 | Union Oil Company Of California | Modular heater |
| WO2008046542A2 (de) * | 2006-10-13 | 2008-04-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM RISSFREIEN SCHWEIßEN, REPARATURSCHWEIßEN ODER AUFTRAGSSCHWEIßEN HEIßRISSANFÄLLIGER WERKSTOFFE |
| CN102997661A (zh) * | 2012-11-26 | 2013-03-27 | 睿为科技（天津）有限公司 | 用于冷坩埚制备高纯金属氧化物的启动熔化装置和方法 |
| CN105283563A (zh) * | 2013-04-26 | 2016-01-27 | 原子能与替代能源委员会 | 电磁感应炉和所述炉用于熔化金属和氧化物的混合物的用途，所述混合物代表堆芯熔融物 |
| CN104762585A (zh) * | 2015-03-25 | 2015-07-08 | 西安交通大学 | 一种利用金属丝导引熔融金属涂覆的成形装置及方法 |
| CN106643147A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-10 | 昆明铂生金属材料加工有限公司 | 用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化装置及方法 |
| CN107343334A (zh) * | 2017-09-07 | 2017-11-10 | 成都鼎熙瑞泽科技有限公司 | 一种电磁感应加热式坩埚 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111741550A (zh) | 2020-10-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111741550B (zh) | 一种利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法 | |
| CN106756434B (zh) | 氧化物弥散强化低活化铁素体/马氏体钢及其冶炼方法 | |
| CN102808138B (zh) | 超临界水冷堆中燃料包壳的奥氏体不锈钢材料及制造工艺 | |
| CN109112319B (zh) | 用于核级不锈钢电渣重熔的渣料及采用该渣料进行电渣重熔的方法 | |
| CN104889401A (zh) | 一种制备CuCr25电触头的方法 | |
| EP2067547A1 (en) | Methods for centrifugally casting highly reactive titanium metals | |
| AU2002363728B2 (en) | Method and apparatus for melting metals | |
| EP2067546A1 (en) | Systems for centrifugally casting highly reactive titanium metals | |
| JP3003914B2 (ja) | 活性金属を含有する銅合金の製造方法 | |
| AU2002363728A1 (en) | Method and apparatus for melting metals | |
| CN111811275B (zh) | 利用三明治布料方式和电磁感应熔炼引熔高熔点混合物的方法 | |
| CN104525948B (zh) | 一种钼合金电极的制备方法 | |
| US6059015A (en) | Method for directional solidification of a molten material and apparatus therefor | |
| CN103526038A (zh) | 一种高强度高塑性twip钢电渣重熔生产方法 | |
| CN103667991A (zh) | 核电站控制棒驱动机构密封壳及其制备方法 | |
| CN108660320A (zh) | 一种低铝高钛型高温合金电渣重熔工艺 | |
| CN113446848B (zh) | 一种超高温熔化公斤级氧化物和金属粉混合物的方法 | |
| CN104087767A (zh) | 非真空感应炉熔炼镍基合金的方法 | |
| Zhou et al. | Study of the Ni–Cr–Fe‐Based Alloy Casting Process using a Mold Simulator Technique | |
| CN112414126A (zh) | 一种超高温熔化百公斤级氧化物和金属粉混合物的方法 | |
| RU2661322C2 (ru) | Способ изготовления биметаллического электрода путем электрошлаковой наплавки | |
| Moore et al. | Method and apparatus for melting metals | |
| CN117737487A (zh) | 一种冶炼超大截面耐蚀合金电渣锭的方法 | |
| CN106480349B (zh) | 一种核反应堆用Y‑Tb‑RE合金棒材及其制备方法 | |
| CN116004992A (zh) | 一种电渣重熔核电用奥氏体不锈钢用渣系、制备方法和电渣重熔方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |