CN112813298A - 一种复杂熔融物的熔炼方法 - Google Patents

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刘建成
康泰峰
单宏祎
李明阳
钱跃庆
刘志华
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Abstract

本发明涉及一种复杂熔融物的熔炼方法，具体涉及UO2、ZrO2、Zr、Fe等混合材料的熔炼方法。炉料采用的工质为混合均匀后的UO2、ZrO2、Zr、Fe粉末，将其预先压制成饼状块，将部分Zr粉与Fe粉单独压制成金属块；在坩埚底部预铺粉末状工质并压实，随后加入压制的饼状块，饼状块之间放入金属块，将剩余粉末填充空隙中并适当压实；引燃物采用金属环，通过抽真空洗炉后充入氩气，开始熔炼；功率较低时，引燃物先行熔化，进而通过热传导，将混合物升温，当处于熔融物状态时，形成完全导磁体，继续升高功率，直至炉料完全均匀化。采用金属粉末压块作为引燃物，进而将混合粉末压块熔化，从而形成整体熔化的状况，获得了复杂熔融物的很好的熔炼效果。

Description

一种复杂熔融物的熔炼方法
技术领域
本发明涉及一种复杂熔融物的熔炼方法，具体涉及UO2、ZrO2、Zr、Fe等混合材料的熔炼方法。
背景技术
压力容器外水冷实现堆芯熔融物压力容器内滞留(IVR)是非能动核电厂严重事故管理策略之一。其中UO2芯块堆芯溶化同时释放大量的热，导致Zr包壳、支撑材料Fe等熔化，从而形成UO2、ZrO2、Zr、Fe的混合物，因此需设计一种制备方式，模拟试验工况。由于熔融物的结构研究主要由高熔点难熔氧化物构成，直接常规熔炼存在困难。目前探究出一种熔炼方式，从而使熔炼的混合物满足分析要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复杂熔融物的熔炼方法，利用高温感应熔炼技术制得的复杂熔融物，进行模拟堆芯熔化条件下堆芯内部结构件、燃料组件等形成熔融物的流入下封头后的相互作用，从而掌握堆芯熔化条件下下封头中熔融物的存在特征，为有效预防下封头可能存在的隐患奠定试验和数据基础。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种复杂熔融物的熔炼方法，炉料采用的工质为混合均匀后的UO2、ZrO2、Zr、Fe粉末，将其预先压制成饼状块，将部分Zr粉与Fe粉单独压制成金属块；在坩埚底部预铺粉末状工质并压实，随后加入压制的饼状块，饼状块之间放入金属块，将剩余粉末填充空隙中并适当压实；引燃物采用金属环，通过抽真空洗炉后充入氩气，开始熔炼；功率较低时，引燃物先行熔化，进而通过热传导，将混合物升温，当处于熔融物状态时，形成完全导磁体，继续升高功率，直至炉料完全均匀化。
炉料采用的工质为混合均匀后的UO2、ZrO2、Zr、Fe粉，将其总质量的60％～70％预先压制成3～4个直径70mm，厚10mm的饼状块。
将部分Zr粉与Fe粉单独压制成Φ40～45mm，厚5～10mm的金属块。
在坩埚底部预铺粉状工质5～10mm厚。
金属环采用铁环或不锈钢环，内径：40～45mm，外径：55～60mm；厚度5～10mm。
通过抽真空洗炉后充入氩气，达到设定值-0.05MPa时，开始熔炼。
熔炼过程通过炉盖观察窗以及摄像头观察坩埚内熔炼情况，如中途发现桥结，利用捣料杆捣砸炉料，使炉料松脱掉入熔池。
熔炼时间40～60min，熔炼功率采用50～80kW；熔炼过程中，保证炉内压力不变。
本发明所取得的有益效果为：
本发明熔炼在高频感应炉中，采用金属粉末压块作为引燃物，进而将混合粉末压块熔化，从而形成整体熔化的状况，获得了复杂熔融物的很好的熔炼效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
1、炉料采用的工质为混合均匀后的UO2、ZrO2、Zr、Fe粉，将其总质量的60％～70％预先压制成3～4个Φ70mm，厚10mm的饼状块。将部分Zr粉与Fe粉单独压制成Φ40～45mm，厚5～10mm的金属块，作为导磁的引燃物。
2、在坩埚底部预铺粉状工质约5～10mm，并压实，随后加入压制的饼状块，饼状块之间放入金属块，将剩余粉末填充空隙中并适当压实。引燃物采用金属环，其中金属环根据熔炼锭成分要求采用铁环或不锈钢环。尺寸内径：40～45mm，外径：55～60mm；厚度5～10mm，具体根据配比进行测算；
3、通过抽真空洗炉后充入氩气，达到设定值(约-0.05MPa)时，开始熔炼。
4、熔炼：高频功率加热，熔炼过程通过炉盖观察窗以及摄像头观察坩埚内熔炼情况，如中途发现桥结，可利用捣料杆捣砸炉料，使炉料松脱掉入熔池，功率较低时，引燃物先行熔化，进而通过热传导，将混合物升温，当处于熔融物状态时，形成完全导磁体，继续升高功率，直至炉料完全均匀化。整体熔炼时间约40～60min，熔炼功率根据所添加的原材料不同，采用50～80kW。熔炼过程中，保证炉内压力基本不变。

Claims (8)

1.一种复杂熔融物的熔炼方法，其特征在于：炉料采用的工质为混合均匀后的UO2、ZrO2、Zr、Fe粉末，将其预先压制成饼状块，将部分Zr粉与Fe粉单独压制成金属块；在坩埚底部预铺粉末状工质并压实，随后加入压制的饼状块，饼状块之间放入金属块，将剩余粉末填充空隙中并适当压实；引燃物采用金属环，通过抽真空洗炉后充入氩气，开始熔炼；功率较低时，引燃物先行熔化，进而通过热传导，将混合物升温，当处于熔融物状态时，形成完全导磁体，继续升高功率，直至炉料完全均匀化。
2.根据权利要求1所述的复杂熔融物的熔炼方法，其特征在于：炉料采用的工质为混合均匀后的UO2、ZrO2、Zr、Fe粉，将其总质量的60％～70％预先压制成3～4个直径70mm，厚10mm的饼状块。
3.根据权利要求1所述的复杂熔融物的熔炼方法，其特征在于：将部分Zr粉与Fe粉单独压制成Φ40～45mm，厚5～10mm的金属块。
4.根据权利要求1所述的复杂熔融物的熔炼方法，其特征在于：在坩埚底部预铺粉状工质5～10mm厚。
5.根据权利要求1所述的复杂熔融物的熔炼方法，其特征在于：金属环采用铁环或不锈钢环，内径：40～45mm，外径：55～60mm；厚度5～10mm。
6.根据权利要求1所述的复杂熔融物的熔炼方法，其特征在于：通过抽真空洗炉后充入氩气，达到设定值-0.05MPa时，开始熔炼。
7.根据权利要求1所述的复杂熔融物的熔炼方法，其特征在于：熔炼过程通过炉盖观察窗以及摄像头观察坩埚内熔炼情况，如中途发现桥结，利用捣料杆捣砸炉料，使炉料松脱掉入熔池。
8.根据权利要求1所述的复杂熔融物的熔炼方法，其特征在于：熔炼时间40～60min，熔炼功率采用50～80kW；熔炼过程中，保证炉内压力不变。
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Citations (4)

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FR1207293A (fr) * 1957-11-12 1960-02-16 Atomic Energy Authority Uk Procédé de traitement de combustibles nucléaires
CN111562282A (zh) * 2020-05-15 2020-08-21 上海核工程研究设计院有限公司 一种模拟高温下熔融物瞬态反应的试验装置及方法
CN111741550A (zh) * 2020-06-24 2020-10-02 中国科学院金属研究所 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
CN111811275A (zh) * 2020-06-24 2020-10-23 中国科学院金属研究所 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

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