JPH066761B2 - Hearth for producing zirconium and method for producing the same - Google Patents

Hearth for producing zirconium and method for producing the same

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JPH066761B2
JPH066761B2 JP27211985A JP27211985A JPH066761B2 JP H066761 B2 JPH066761 B2 JP H066761B2 JP 27211985 A JP27211985 A JP 27211985A JP 27211985 A JP27211985 A JP 27211985A JP H066761 B2 JPH066761 B2 JP H066761B2
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zirconium
hearth
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俊博 松本
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ジルコニウム材の製造用ハースおよびその
製造方法に係り、特に電子ビームを用いてジルコニウム
を真空下で精製溶解するのに用いられるハーフ及びその
製造方法に関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a hearth for producing zirconium material and a method for producing the same, and more particularly to a half used for refining and melting zirconium under vacuum using an electron beam. And a manufacturing method thereof.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

現在、原子炉の核燃料を収容する燃料被覆管は、原子炉
内で使用されるため、(1)耐食性が優れていること、(2)
非反応性でかつ熱伝導性が良好なこと、(3)靭性及び延
性が高いこと、(4)中性子吸収断面積が小さいことなど
が要求される。
Currently, the fuel cladding tube that contains the nuclear fuel of the nuclear reactor is used in the nuclear reactor, so (1) it has excellent corrosion resistance, (2)
It must be non-reactive and have good thermal conductivity, (3) high toughness and ductility, and (4) small neutron absorption cross section.

ジルコニウム合金は、上記要求を満足することから燃料
被覆管として広く使用されている。ジルコニウム合金か
らなる燃料被覆管は、定常条件下では優秀な燃料被覆管
であるが、原子炉の負荷変動が大きい場合、核燃料から
放出されるヨウ素ガスによる腐食と、燃料ペレツトの膨
張によつて生ずる応力の作用によつて応力腐食割れが発
生し、破損する虞れがある。
Zirconium alloys are widely used as fuel cladding tubes because they satisfy the above requirements. Fuel cladding made of zirconium alloy is an excellent fuel cladding under steady-state conditions, but when the load fluctuation of the reactor is large, it is caused by corrosion by iodine gas released from nuclear fuel and expansion of fuel pellets. Due to the action of stress, stress corrosion cracking occurs and there is a risk of damage.

燃料被覆管の応力腐食割れを防止する方法として、核燃
料ペレツトと被覆管との間に各種の金属障壁クツシヨン
を設けることが知られている。ジルコニウム合金を使用
する被覆管の場合、金属障壁として純ジルコニウムの内
張した複合型被覆管が存在する(特開昭54−59600
号)。純ジルコニウムを内張りする理由は、純ジルコニ
ウムはジルコニウム合金に比べて中性子照射中、軟らか
さを維持するため、燃料被覆管と核燃料ペレツトとの相
互作用を緩衝し、燃料ペレツトの膨張によつて生ずる応
力を吸収して燃料被覆管のジルコニウム合金へのクラツ
クの進展を阻止する働きをする。その結果、応力腐食割
れを防止するためである。
As a method of preventing stress corrosion cracking of a fuel cladding tube, it is known to provide various metal barrier cushions between the nuclear fuel pellet and the cladding tube. In the case of a cladding tube using a zirconium alloy, there is a composite cladding tube lined with pure zirconium as a metal barrier (JP-A-54-59600).
issue). The reason for lining pure zirconium is that pure zirconium retains its softness during neutron irradiation as compared with zirconium alloys, so it buffers the interaction between the fuel cladding tube and the nuclear fuel pellets, and stress caused by the expansion of the fuel pellets. It functions to prevent the cracks from advancing into the zirconium alloy of the fuel cladding tube. As a result, stress corrosion cracking is prevented.

発明者らの実験によれば、上記純ジルコニウムの内張り
層(以下「ジルコニウムライナ」という。)は、照射中
軟らかさを維持するためには、極めて高純度であること
が必要であることが判明した。特に高燃焼条件における
ジルコニウムライナは、クリスタルバージルコニウム級
の純度が必要である。スポンジジルコニウム級程度の場
合は、照射硬化の度合が大きくライナとしての効果は十
分期待できない。
According to experiments conducted by the inventors, it has been found that the pure zirconium lining layer (hereinafter referred to as “zirconium liner”) needs to have an extremely high purity in order to maintain softness during irradiation. did. In particular, zirconium liners under high combustion conditions require a crystal bar zirconium grade purity. In the case of sponge zirconium grade, the degree of radiation curing is large and the effect as a liner cannot be expected sufficiently.

一方、ジルコニウムライナにおいて、照射効果や化学的
反応性等主要な性質に影響を与える不純物としては、酸
素と鉄とが主な元素であると考えられている。特に酸素
はジルコニウムの硬さに影響を及ぼし、酸素の濃度が低
いほど軟かさを保持する。また、鉄はジルコニウム中の
溶解度が小さいため、析出物として存在しやすい。析出
物周辺は化学的に活性であり腐食されやすい。また特に
粒界上の析出物は、ジルコニウムライナに応力が加わつ
た場合、応力集中部となりクラツクの起点となる。従つ
て、ジルコニウムライナの酸素濃度を低下させライナを
軟かくすることは、核燃料ペレツトの熱膨張により核燃
料ペレツトが燃料被覆管に接触し、燃料被覆管の内面を
押し広げたとき、燃料被覆管の受ける応力を緩和させる
働きをもつ。その結果、燃料被覆管の破損に対する裕度
が増すことになる。また鉄濃度を低下させ析出物の数を
減らすことは、クラツクの起点となるサイトの数を減ら
すことになり、腐食性核分裂生成物のヨウ素等の化学的
アタツクを受けにくくする効果を持つ。
On the other hand, in the zirconium liner, oxygen and iron are considered to be the main elements as impurities that affect the main properties such as irradiation effect and chemical reactivity. In particular, oxygen affects the hardness of zirconium, and the lower the concentration of oxygen, the softer the zirconium is retained. In addition, since iron has a low solubility in zirconium, it tends to exist as a precipitate. The area around the precipitate is chemically active and easily corroded. Further, particularly when precipitates on the grain boundaries are applied to the zirconium liner, they act as stress concentration areas and become the origin of cracking. Therefore, lowering the oxygen concentration of the zirconium liner and softening the liner means that the thermal expansion of the nuclear fuel pellet causes the nuclear fuel pellet to come into contact with the fuel cladding tube and spread the inner surface of the fuel cladding tube when the fuel cladding tube is expanded. It has the function of relieving the stress received. As a result, the tolerance for damage to the fuel cladding tube increases. Further, reducing the iron concentration to reduce the number of precipitates reduces the number of sites that are the starting points of cracks, and has the effect of making it less susceptible to chemical attacks such as iodine, which is a corrosive fission product.

クリスタルパージルコニウムの従来の製造方法は文献
“Metalliergy of Zcrconuim”(Lustman and Keize)の
第5章で示されるようにスポンジジルコニウムを沃化、
化学蒸着してジルコニウム液晶棒を作ることによるもの
である。しかしこの方法においては、反応速度が極めて
遅く量産的でなく、このため得られるジルコニウムは極
めて高価なものとなる。
The conventional method for producing crystalline perzirconium is to iodize sponge zirconium as described in Chapter 5 of the document “Metalliergy of Zcrconuim” (Lustman and Keize),
This is due to the chemical vapor deposition of zirconium liquid crystal rods. However, in this method, the reaction rate is extremely slow and mass production is not performed, so that the zirconium obtained is extremely expensive.

一方、高融点金属、合金の精練及び溶解方法として、電
子ビームを用いる真空溶解が利用されている。この特徴
としては、ハースの溝中の被溶解物を高真空中で高温に
保持することが可能であり、それにより被溶解物に含有
される蒸気圧の高い不純物元素が蒸発し除去される。酸
素、水素、窒素等のガス元素の除去機構としては、水
素、窒素は原子またはH,N分子の形で溶湯表面か
ら真空中へ離脱するのに対して、酸素は単体で気相へ移
行する確率が小さく、その除去は揮発性の酸化物の形で
蒸発していく揮発脱酸の現象に基づいている。ジルコニ
ウムの場合、酸素は低級酸化物(ZrO)の形で蒸発除
去できる。不純物元素の除去される効率は、ジルコニウ
ム自体の蒸気圧と不純物元素の蒸気圧を比較することで
把握できる。たとえば、鉄、酸素の除去については、そ
れぞれジルコニウムとの蒸気圧を比較してみると、Fe
/Zr=105,ZrO/Zr=10であり、電子ビーム溶
解を効率的に実施すれば高純度ジルコニウムの製造が可
能であることを示している。
On the other hand, vacuum melting using an electron beam is used as a refining and melting method for refractory metals and alloys. As a feature of this, it is possible to hold the substance to be dissolved in the groove of the hearth at a high temperature in a high vacuum, whereby the impurity element having a high vapor pressure contained in the substance to be dissolved is evaporated and removed. As a mechanism for removing gas elements such as oxygen, hydrogen and nitrogen, hydrogen and nitrogen are desorbed from the surface of the molten metal into a vacuum in the form of atoms or H 2 and N 2 molecules, while oxygen alone is in a gas phase. The probability of migration is low and its removal is based on the phenomenon of volatilization and deoxidation, which evaporates in the form of volatile oxides. In the case of zirconium, oxygen can be removed by evaporation in the form of a lower oxide (ZrO). The efficiency of removing the impurity element can be understood by comparing the vapor pressure of zirconium itself with the vapor pressure of the impurity element. For example, regarding the removal of iron and oxygen, comparing the vapor pressures with zirconium
/ Zr = 10 5 and ZrO / Zr = 10 2 , which shows that high-purity zirconium can be produced by efficiently performing electron beam melting.

電子ビームを用いてジルコニウムの高効率精製溶解を実
施するためには、その溶解方法を検討する必要がある。
被溶解物に電子ビームを照射して下方へ溶け落としてロ
ツド状のインゴツトを製造するロツド溶解法では、単位
体積当りに電子ビームを照射している時間が短かく、溶
融部を高温に保持することが困難であり精製溶解の方法
としては適していない。また、被溶解物をハースモール
ド内に挿入し、ハースあるいは電子銃を移動させながら
行うハース溶解法では、ビームの走査速度を調整するこ
とで、単位体積当たりに電子ビームを照射する時間を長
くすることもでき、溶融部を高温に保持することが可能
であり、ジルコニウムの高効率精製方法として有効であ
る。
In order to carry out highly efficient purification dissolution of zirconium using an electron beam, it is necessary to study the dissolution method.
In the rod melting method of manufacturing a rod-shaped ingot by irradiating the melted material with an electron beam and melting it down, the time for which the electron beam is irradiated per unit volume is short, and the molten part is kept at a high temperature. Is difficult and is not suitable as a method for purification and dissolution. Further, in the hearth melting method in which the material to be melted is inserted into the hearth mold and the hearth or electron gun is moved, the scanning speed of the beam is adjusted to increase the time for which the electron beam is irradiated per unit volume. It is also possible to maintain the melting part at a high temperature, which is effective as a highly efficient method for purifying zirconium.

溶融部を十分高温に保持するためには、ハースモールド
が溶融部と反応し共晶を起こさないことが必要である。
従来のハースモールドは銅であつたために、ハースモー
ルドを水冷して使用しなくてはならない。すなわち、第
2図の横部断面図(A)、平面図(B)、縦部断面図(C)に示
すように、ハース本体(基礎ハース)1のハース溝部2
下に、水冷管3が設けられている。そのため溶融中のジ
ルコニウムが均一に高温に保持されておらず、精製効果
についてもバラツキが見られた。そこで、ハースモール
ドに高融点材を利用することでハースモールドの水冷を
除去し、溶融部を均一に高温に保持することを可能と
し、均一な精製効果をもたらすことができる。
In order to keep the melted portion at a sufficiently high temperature, it is necessary that the hearth mold does not react with the melted portion to cause a eutectic.
Since the conventional hearth mold is made of copper, the hearth mold must be water-cooled before use. That is, as shown in the horizontal sectional view (A), the plan view (B), and the vertical sectional view (C) of FIG. 2, the hearth groove portion 2 of the hearth body (basic hearth) 1 is shown.
A water cooling pipe 3 is provided below. Therefore, zirconium in the melt was not uniformly maintained at a high temperature, and variations in the refining effect were observed. Therefore, by using a high melting point material for the hearth mold, water cooling of the hearth mold can be removed, and the melted portion can be uniformly maintained at a high temperature, and a uniform refining effect can be brought about.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

高融点ハースとして、適用する材料には、(1)ジルコニ
ウムとの反応性、(2)ぬれ性、(3)耐熱性、(4)加工性等
を考慮する必要がある。高融点金属であるタングステ
ン、モリブデン、ニオブ等は、ジルコニウムと1500〜16
00℃前後で容易に共晶を起こすため、ジルコニウムが溶
出した金属で汚染されるという問題があつた。また、電
気伝導性を有し高融点であるSiC,MoSi及びT
i,Zr,Hfの炭化物あるいはホウ化物で構成される
高融点セラミツクは極めて難焼結性であり、通常ホツト
プレスと呼ばれる高圧焼結で成型されるもので、所要の
寸法、形状のハースが製造困難であるという問題があつ
た。
As the high melting point hearth, it is necessary to consider (1) reactivity with zirconium, (2) wettability, (3) heat resistance, (4) workability, etc. in the applied material. Refractory metals such as tungsten, molybdenum, and niobium are 1500 ~ 16 with zirconium.
Since a eutectic crystal easily occurs at around 00 ° C, there is a problem that zirconium is contaminated with the eluted metal. In addition, SiC, MoSi 2 and T, which are electrically conductive and have a high melting point,
High melting point ceramics composed of i, Zr, or Hf carbides or borides are extremely difficult to sinter, and are usually formed by high pressure sintering called hot pressing, making it difficult to manufacture hearths of the required size and shape. There was a problem of being.

上記問題点を解決するために、本発明は高純度のジルコ
ニウムを効率よく製造できるハース及びこのようなハー
スを簡単に製造できる方法を提供することにある。
In order to solve the above problems, the present invention provides a hearth capable of efficiently producing high-purity zirconium and a method for easily producing such a hearth.

〔問題点を解決するための技術的手段〕[Technical means for solving problems]

上記目的を達成するために本願第1の発明は、溶融ジル
コニウムが充填される溝部を有する電気伝導性ハースに
おいて、少なくとも前期溝部表面が、非酸化物であり、
かつジルコニウムと反応性ない高融点電気伝導性セラミ
ツクス層で形成されていることを特徴とするジルコニウ
ム製造用ハースである。
In order to achieve the above-mentioned object, the first invention of the present application is an electrically conductive hearth having a groove portion filled with molten zirconium, in which at least the groove portion surface is non-oxide,
A hearth for producing zirconium, which is characterized by being formed of a high melting point electrically conductive ceramics layer which is not reactive with zirconium.

また、本願第2の発明はハース母材に成形性良好な酸化
物、または金属の少なくとも一種を用いて溶融ジルコニ
ウムが充填される溝部を有するハース本体を成型し、少
なくとも当該溝部表面にプラズマ溶射により、非酸化物
であり、かつジルコニウムと反応性のない高融点セラミ
ツクス粉末をコーテイングしてなることを特徴とするジ
ルコニウム製造用ハースの製造方法である。
Further, the second invention of the present application molds a hearth body having a groove portion filled with molten zirconium by using at least one type of oxide or metal having a good moldability as a hearth base material, and at least the surface of the groove portion is formed by plasma spraying. A method for producing a hearth for producing zirconium, which comprises coating a high melting point ceramics powder which is a non-oxide and has no reactivity with zirconium.

上記本発明の構成において、ハース母材は電子ビームを
用いてジルコニウムを溶融するため、電気伝導性でなけ
ればならない。溶融ジルコニウムが充満される溝部表面
は、非酸化物であり、かつジルコニウムと反応性のない
高融点電気伝導性セラミツク層で形成されていなければ
ならない。これは、酸化物であるとジルコニウム中に酸
化物が混じり込み、かつ酸化物の蒸気圧が低いことによ
るものである。セラミツク層は、ジルコニウムと反応す
るすなわち共晶するものであつてはならない。ジルコニ
ウム中への汚染を防ぐためである。さらにセラミツク層
はジルコニウム以上の融点を有するものであり、かつ電
子ビームを用いてジルコニウムを溶融する関係上電気伝
導性のものでなくてはならない。
In the above-mentioned structure of the present invention, the hearth base material must be electrically conductive because it melts zirconium using an electron beam. The groove surface filled with molten zirconium must be formed of a high melting point electrically conductive ceramic layer which is non-oxide and has no reactivity with zirconium. This is because the oxide is mixed in zirconium and the vapor pressure of the oxide is low. The ceramic layer must not be reactive with or eutectic with zirconium. This is to prevent contamination of zirconium. Further, the ceramic layer must have a melting point higher than that of zirconium, and must be electrically conductive because it melts zirconium using an electron beam.

このようなセラミツク材料として、SiC,MoS
2,Ti,Zr,Hfのホウ化物または酸化物からな
る群の少なくとも一種を用いることができる。
As such ceramic materials, SiC, MoS
At least one selected from the group consisting of borides or oxides of i 2 , Ti, Zr, and Hf can be used.

〔作用〕[Action]

このような本願第1の発明に係るハースを、ジルコニウ
ムの電子ビーム生成溶解に用いると、ジルコニウム中へ
の不純物である酸素の混入を防ぐことができる。また、
ハース中に冷却管等の冷却手段を設ける必要がないた
め、ジルコニウム全体が高温にされることにより高い効
率で高純度ジルコニウム体を製造することができる。
When such a hearth according to the first invention of the present application is used for melting and producing zirconium by an electron beam, it is possible to prevent oxygen as an impurity from being mixed into zirconium. Also,
Since it is not necessary to provide a cooling means such as a cooling pipe in the hearth, a high-purity zirconium body can be produced with high efficiency by heating the entire zirconium to a high temperature.

また、上記本願第2の発明によれば、ハース母材を成形
性良好な酸化物あるいは金属を用いて所定の基礎ハース
を成形することができるため、母材成形における困難さ
が緩和される。また、上記セラミツク材料をプラズマ溶
射することにより溝部へコーテイングすることができる
ため、コーテイングが簡易かつ迅速におこなうことがで
きる。プラズマ溶射の特徴として、高温のプラズマ塩
を用いることができる、高融点の金属やセラミツクの
溶射が可能である、溶射材料の選択の幅が広い、溶
射材料の飛行速度が音速程度の高速であるため溶射被膜
と母材の密着強度が大きい、プラズマ塩は中性塩であ
るため溶射材料が酸化や還元で変質する度合が小さいな
どの種々の特徴を有し、ジルコニウムが溶融される溝部
の耐熱性が良好なハースを迅速かつ効率よく製造するこ
とができる。
Further, according to the second invention of the present application, since the predetermined basic hearth can be molded from the hearth base material using an oxide or metal having good moldability, the difficulty in molding the base material is alleviated. Moreover, since the ceramic material can be coated on the groove by plasma spraying, the coating can be performed easily and quickly. The characteristics of plasma spraying are that high-temperature plasma salt can be used, high melting point metal and ceramics can be sprayed, there is a wide choice of spraying materials, and the flight speed of the spraying material is as high as the speed of sound. Therefore, the adhesion strength between the spray coating and the base material is high, and since plasma salt is a neutral salt, it has various characteristics such as a small degree of deterioration of the spray material due to oxidation and reduction. A hearth having good properties can be manufactured quickly and efficiently.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明の実施例について説明する。 Next, examples of the present invention will be described.

第1図は、本願第1の発明に係るジルコニウム製造用ハ
ースの一実施例を示す外観構成図である。第1図(A)は
溝部断面を、(B)は平面図を、(C)は縦部断面図を示す。
ハース本体1には、溶融ジルコニウムが充填される溝部
2が設けられている。この溝部2とハース本体1との間
には非酸化物であり、かつジルコニウムと反応性のない
高融点電気伝導性セラミツク層4が設けられている。
FIG. 1 is an external view showing an embodiment of the hearth for producing zirconium according to the first invention of the present application. FIG. 1 (A) shows a groove section, (B) shows a plan view, and (C) shows a vertical section.
The hearth body 1 is provided with a groove 2 filled with molten zirconium. A high melting point electrically conductive ceramic layer 4 which is non-oxide and has no reactivity with zirconium is provided between the groove 2 and the hearth body 1.

本実施例ではハース本体1の母材として電気伝導性があ
りかつ耐熱性の優れたZrOを用いた。このZrO
は酸化物であるため、成形性が良好なものとなつてい
る。このハース本体1の溝部2に、プラズマ溶射により
ZrBを表面コーテイングした。プラズマ溶射を用い
てハース本体1の溝部2表面にコーテイングされたZr
の溶射被覆を成形する際の条件を、次の第1表に示
す。
In this embodiment, ZrO 2 having electrical conductivity and excellent heat resistance was used as the base material of the hearth body 1. This ZrO 2
Since is an oxide, it has good moldability. ZrB 2 was surface-coated on the groove 2 of the hearth body 1 by plasma spraying. Zr coated on the surface of the groove 2 of the hearth body 1 using plasma spraying
The conditions for forming the B 2 sprayed coating are shown in Table 1 below.

ZrOとZrBとは非常に密着強度が大きいため、
ジルコニウム溶融後のハースのセラミツク層は熱応力に
よる剥離を防止することができる。また、ハース母材と
溶射材料との密着強度を検討することでハース母材をタ
ングステン、モリブデン、ニユウブ等の高融点金属で構
成することもできる。さらに、高融点ハースを製造する
際、単体での高融点ハースの製造が困難であつたが、プ
ラズマ溶射を高融点ハースの製造方法に適用したため、
多種多様な高融点セラミツクを2種以上の層にして溶射
被膜を形成することも可能である。
Since ZrO 2 and ZrB 2 have very high adhesion strength,
The ceramic layer of the hearth after melting zirconium can prevent peeling due to thermal stress. Further, by examining the adhesion strength between the hearth base material and the thermal spray material, the hearth base material can be made of a refractory metal such as tungsten, molybdenum, or niobium. Furthermore, when producing a high melting point hearth, it was difficult to produce a high melting point hearth by itself, but since plasma spraying was applied to the method for producing a high melting point hearth,
It is also possible to form a sprayed coating by using various kinds of high melting point ceramics as two or more layers.

次に、本願第1の発明に係るジルコニウム製造用ハース
を用いて高純度ジルコニウム材を製造するための電子ビ
ーム溶解装置の外観構成図を第3図に示す。
Next, FIG. 3 shows an external configuration diagram of an electron beam melting apparatus for producing a high-purity zirconium material by using the hearth for producing zirconium according to the first invention of the present application.

本溶解装置は、溶解炉20、本引き用排気装置21粗引
き用排気装置22とから構成されており、溶解炉1の上
部には熱源発生部である電子ビーム銃6が、横方向には
本引き用排気装置21と真空排管8を通じて粗引き用排
気装置22とが接続されている。本引き用排気装置21
には、油拡散ポンプ7、粗引き用排気装置にはメカニカ
ルブースタポンプ9を使用している。また、油拡散ポン
プ7の吸気上部に液体窒素トラツプ10を設け、噴射し
た蒸気の冷却速度を速くする機構としている。粗引き用
排気装置22と本引き用排気装置21との切換えは、溶
解炉20内が0.1Torrまで真空排気まで粗引き排気を
行い、それ以降は本引き排気とする機構である。また、
溶融炉20内にはハースモールドを駆動させるテーブル
が設置されており、電子ビーム銃6は固定としテーブル
を駆動させることでハース内のジルコニウムスポンジを
溶解することができる機構となつている。実際に精製溶
解を行うにあたつて、同一のジルコニウムスポンジを同
じ量装填した上記第1図に示した複合型高融点ハースと
第2図の管を有する従来の水冷胴ハースを同時に溶解炉
3の中に入れて、ジルコニウム材の製造を行つた。
The main melting apparatus is composed of a melting furnace 20 and a main drawing exhaust device 21 and a roughing exhaust device 22, and an electron beam gun 6 which is a heat source generating part is provided in the upper part of the melting furnace 1 in the lateral direction. The exhaust device 21 for main evacuation and the exhaust device 22 for rough evacuation are connected through the vacuum exhaust pipe 8. Exhaust device 21 for main draw
, An oil diffusion pump 7, and a roughing exhaust device are mechanical booster pumps 9. Further, a liquid nitrogen trap 10 is provided above the intake of the oil diffusion pump 7 to provide a mechanism for increasing the cooling rate of the injected steam. The switching between the roughing evacuation device 22 and the main evacuation device 21 is performed by a mechanism in which the roughing evacuation is performed until the inside of the melting furnace 20 is evacuated to 0.1 Torr, and thereafter, the main evacuation is performed. Also,
A table for driving the hearth mold is installed in the melting furnace 20, and the electron beam gun 6 is fixed, and the zirconium sponge in the hearth is melted by driving the table. In the actual purifying and melting process, the composite high melting point hearth shown in FIG. 1 and the conventional water-cooled barrel hearth having the tube shown in FIG. Then, the zirconium material was manufactured.

第4図及び第5図は、複合型高融点ハースと水冷胴ハー
スとで精製溶解を施したジルコニウムスポンジに含有さ
れる酸素量及び鉄量の比較を示し、それぞれのハースで
の精製性の効率を考察したものである。第4図及び第5
図から明らかなように、複合型高融点ハースの方が不純
物を高効率で除去できジルコニウムの溶解をすることが
できた。その効率は酸素についてはおよそ50%の向上
であり、鉄についてはおよそ30%の向上となつた。ま
た、酸素及び鉄以下の不純物の精製効率についても同様
に向上していると考えられる。このように不純物の除去
の効率が良くなるのは、高融点ハースの方がジルコニウ
ムを全体的に加熱することができるためである。
FIGS. 4 and 5 show a comparison of the oxygen content and the iron content contained in the zirconium sponge refined and dissolved by the composite high melting point hearth and the water-cooled barrel hearth, respectively, and the efficiency of the purifying property in each hearth is shown. Is considered. 4 and 5
As is clear from the figure, the composite high melting point hearth was able to remove impurities more efficiently and dissolve zirconium. The efficiency was improved by about 50% for oxygen and about 30% for iron. It is also considered that the purification efficiency of impurities such as oxygen and iron or less is also improved. The reason why the efficiency of removing impurities is improved is that the high melting point hearth can heat the zirconium as a whole.

〔効果〕〔effect〕

以上説明したように本発明によれば、ジルコニウム製造
用のハース中の溝部に充填された溶融ジルコニウムを全
体的に加熱することができるために、ジルコニウム中の
不純物を完全に除去することができる。また、係る溝部
にコーテイングされたセラミツク層によるジルコニウム
中への不純物の溶解がないために、高純度のジルコニウ
ムを製造することができる。ジルコニウムが充填される
溝部は、高融点のセラミツク層でできているために、リ
ース母材を冷却する必要がない等のため、効率よく高純
度ジルコニウムを製造することができる。
As described above, according to the present invention, the molten zirconium filled in the groove portion in the hearth for producing zirconium can be entirely heated, so that impurities in zirconium can be completely removed. In addition, since there is no dissolution of impurities in zirconium by the ceramic layer coated in the groove, high-purity zirconium can be manufactured. Since the groove portion filled with zirconium is made of a ceramic layer having a high melting point, it is not necessary to cool the lease base material. Therefore, high-purity zirconium can be efficiently produced.

また、ジルコニウム製造用ハースを製造する際に、母材
を成形性良好な材料で形成し、これにプラズマ溶射によ
つてセラミツクを塗布し、ジルコニウム材が充填される
溝部表面にセラミツクコーテイングを施すことができ
る。従つて、係るジルコニウム製造用ハースの加工を迅
速かつ容易に行なうことができる。また、プラズマ溶射
を用いるため、セラミツク層とハース母材との密着性が
よくなり、係るハースの熱応力によるセラミツク層の剥
離を防止することができる。従つて、ハースの耐熱性が
向上することになる。
Further, when manufacturing a hearth for producing zirconium, the base material is formed of a material having good moldability, and ceramic coating is applied thereto by plasma spraying, and ceramic coating is applied to the groove surface filled with zirconium material. You can Therefore, the hearth for producing such zirconium can be processed quickly and easily. Further, since plasma spraying is used, the adhesion between the ceramic layer and the hearth base material is improved, and peeling of the ceramic layer due to the thermal stress of the hearth can be prevented. Therefore, the heat resistance of the hearth is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本願発明に係るジルコニウム製造用ハースの構
成図、第2図は従来の水冷管を有する同ハースの構成
図、第3図は電子ビーム溶解装置の構成図、第4図はジ
ルコニウム溶解後の酸素量の関係を示すグラフ、第5図
はジルコニウム溶解後の鉄量の関係を示すグラフであ
る。 1…ハース母材、2…溝部、3…水冷管、4…セラミツ
ク層、6…電子ビーム銃、7…油拡散ポンプ、8…真空
排気管、9…メカニカルブースタポンプ、10…液体窒
素トラツプ、11…バルブ、20…溶解炉、21…本引
き用排気装置、22…粗引き用排気装置。
FIG. 1 is a block diagram of a hearth for producing zirconium according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram of the same hearth having a conventional water cooling tube, FIG. 3 is a block diagram of an electron beam melting apparatus, and FIG. 4 is zirconium melting. FIG. 5 is a graph showing the relationship of the amount of oxygen after that, and FIG. 5 is a graph showing the relationship of the amount of iron after dissolving zirconium. 1 ... Hearth base material, 2 ... Groove part, 3 ... Water cooling pipe, 4 ... Ceramic layer, 6 ... Electron beam gun, 7 ... Oil diffusion pump, 8 ... Vacuum exhaust pipe, 9 ... Mechanical booster pump, 10 ... Liquid nitrogen trap, 11 ... Valve, 20 ... Melting furnace, 21 ... Exhaust device for main draw, 22 ... Exhaust device for rough draw.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】溶融ジルコニウムが充填される溝部を有す
る電気伝導性のジルコニウム製造用ハースにおいて、少
なくとも前記溝部表面が非酸化物であり、かつジルコニ
ウムと反応性のない高溶点電気伝導性セラミツクス層で
形成されていることを特許とするジルコニウム製造用ハ
ース。
1. A high-melting point electrically conductive ceramics layer having a groove portion filled with molten zirconium, wherein the surface of the groove portion is at least a non-oxide and has no reactivity with zirconium. A hearth for manufacturing zirconium whose patent is formed by.
【請求項2】特許請求の範囲第1項記載のジルコニウム
製造用ハースにおいて、上記セラミツクス層が SiC,MoSi、 Ti,Zr,Hfの炭化物、 Ti,Zr,Hfのホウ化物からなる群の少なくとも一
種から形成されていることを特徴とするジルコニウム製
造用ハース。
2. The hearth for producing zirconium according to claim 1, wherein the ceramic layer is at least a group consisting of SiC, MoSi 2 , Ti, Zr, and Hf carbides, and Ti, Zr, and Hf borides. A hearth for producing zirconium, which is formed of one kind.
【請求項3】ハース母材に成形性良好な酸化物、または
金属の少なくとも一種を用いて、溶融ジルコニウムが充
填される溝部を有するハース本体を成型し、少なくとも
当該溝部表面にプラズマ溶射により、非酸化物であり、
かつジルコニウムと反応性のない高融点セラミツクス粉
末をコーテイングしてなることを特徴とするジルコニウ
ム製造用ハースの製造方法。
3. A hearth main body having a groove portion filled with molten zirconium is formed by using at least one kind of oxide or metal having good formability as a hearth base material, and at least the surface of the groove portion is subjected to plasma spraying so as not to Is an oxide,
A method for producing a hearth for producing zirconium, which comprises coating a high melting point ceramic powder having no reactivity with zirconium.
【請求項4】特許請求の範囲第3項記載のジルコニウム
製造用ハースの製造方法において、上記高融点セラミツ
ク粉末が、SiC,MoSi、 Ti,Zr,Hfの炭化物、 Ti,Zr,Hfの酸化物 からなる群の少なくとも一種の粉末であることを特徴と
するジルコニウム製造用ハースの製造方法。
4. The method for producing a hearth for producing zirconium according to claim 3, wherein the high melting point ceramic powder is SiC, MoSi 2 , a carbide of Ti, Zr, Hf, or an oxidation of Ti, Zr, Hf. A method for producing a hearth for producing zirconium, which is at least one powder of the group consisting of
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