RU2464124C1 - Method of rotary casting of multilayer billets for shipping packages (sp) for waste nuclear fuel from high-strength iron with ball-shape graphite, and sp case one-piece casting thus produced - Google Patents

Method of rotary casting of multilayer billets for shipping packages (sp) for waste nuclear fuel from high-strength iron with ball-shape graphite, and sp case one-piece casting thus produced Download PDF

Info

Publication number
RU2464124C1
RU2464124C1 RU2011133104/02A RU2011133104A RU2464124C1 RU 2464124 C1 RU2464124 C1 RU 2464124C1 RU 2011133104/02 A RU2011133104/02 A RU 2011133104/02A RU 2011133104 A RU2011133104 A RU 2011133104A RU 2464124 C1 RU2464124 C1 RU 2464124C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
casting
iron
tuk
flux
Prior art date
Application number
RU2011133104/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Никитович Александров (RU)
Николай Никитович Александров
Евгений Владимирович Ковалевич (RU)
Евгений Владимирович Ковалевич
Фейзулла Алибалаевич Нургалиев (RU)
Фейзулла Алибалаевич Нургалиев
Павел Владимирович Семёнов (RU)
Павел Владимирович Семёнов
Анатолий Никифорович Зубков (RU)
Анатолий Никифорович Зубков
Анатолий Никифорович Поддубный (RU)
Анатолий Никифорович Поддубный
Михаил Владимирович Радченко (RU)
Михаил Владимирович Радченко
Вадим Павлович Самойлов (RU)
Вадим Павлович Самойлов
Борис Николаевич Лизунов (RU)
Борис Николаевич Лизунов
Александр Вилиевич Минченков (RU)
Александр Вилиевич Минченков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "ИНЖЕНЕРНЫЙ ЦЕНТР ЯДЕРНЫХ КОНТЕЙНЕРОВ"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "ИНЖЕНЕРНЫЙ ЦЕНТР ЯДЕРНЫХ КОНТЕЙНЕРОВ" filed Critical Открытое акционерное общество "ИНЖЕНЕРНЫЙ ЦЕНТР ЯДЕРНЫХ КОНТЕЙНЕРОВ"
Priority to RU2011133104/02A priority Critical patent/RU2464124C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2464124C1 publication Critical patent/RU2464124C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to nuclear machinery building. Proposed method consists in teeming different-composition iron under flux layer, layer-by-layer, in rotary mould to produce SP one-piece case. Teemed outer layer is ferritic high-strength iron with ball-shape graphite that features neutron absorption capacity while inner layer is rustproof austenitic iron with ball-shape graphite.
EFFECT: high reliability of protection and corrosion resistance.
5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к атомному машиностроению, в частности к технологии изготовления центробежного литья корпусов ТУК для ОЯТ методом центробежного литья многослойных отливок (в т.ч. моно-, би- и полиметаллических), крупнотоннажных заготовок-корпусов ТУК для перевозки и хранения ОЯТ и других радиоактивных отходов (РАС) из ферритного и специальных чугунов с шаровидной формой графита.The invention relates to nuclear engineering, in particular to a technology for the manufacture of centrifugal casting of TUK casings for SNF by centrifugal casting of multilayer castings (including mono-, bi- and polymetallic), large-tonnage blanks-cases of TUK for transportation and storage of SNF and other radioactive waste (RAS) from ferritic and special cast irons with spherical graphite.

Уровень техникиState of the art

Из патентной литературы известен способ центробежного литья полых изделий, включающий заливку расплава во вращаемую изложницу, его кристаллизацию и легирование /см. патент РФ №2067914, 1991/.A method for centrifugal casting of hollow products is known from the patent literature, including pouring the melt into a rotating mold, its crystallization and alloying / cm. RF patent No. 2067914, 1991 /.

Известен способ центробежного литья двухслойных прокатных валков с рабочим слоем из высоколегированного чугуна, включающий последовательную заливку металла во вращаемую форму /см. патент РФ №2148471, 1998/.A known method of centrifugal casting of two-layer rolling rolls with a working layer of high alloy cast iron, comprising sequential pouring of metal into a rotary form / see RF patent No. 2148471, 1998 /.

Известен способ центробежной отливки чугунных биметаллических заготовок с осевой полостью, включающий нанесение теплоизолирующего покрытия на форму и последовательную заливку наружного и внутреннего слоев металла во вращаемую вокруг горизонтальной оси форму /см. патент РФ №2067914, 1991/. Известна машина с горизонтальной осью вращения формы для центробежного литья /см. патент РФ 2146182, 1998/. Известна литейная форма для центробежного литья прокатных валков /см. Авторское свидетельство СССР №1779461, 1990/.A known method of centrifugal casting of cast iron bimetallic billets with an axial cavity, comprising applying a heat-insulating coating to the mold and sequential casting of the outer and inner layers of the metal in a mold / cm rotated around a horizontal axis. RF patent No. 2067914, 1991 /. A known machine with a horizontal axis of rotation of the mold for centrifugal casting / cm RF patent 2146182, 1998 /. Known mold for centrifugal casting of rolls / see USSR copyright certificate No. 1779461, 1990 /.

Наиболее близкими аналогами является способ центробежного литья биметаллических заготовок, включающий последовательную заливку различных по составу металлов, а заливку очередного слоя металла осуществляют после охлаждения ранее залитого металла до температуры ниже солидуса на 100-350°C /см. Авторское свидетельство СССР №358074, 1969/.The closest analogues are the method of centrifugal casting of bimetallic billets, including the sequential pouring of metals of different composition, and the pouring of the next metal layer is carried out after cooling the previously cast metal to a temperature below the solidus of 100-350 ° C / cm. USSR author's certificate No. 358074, 1969 /.

В настоящее время в нашей стране и ряде других стран проблема обеспечения объектов, использующих ядерное топливо, ТУК для перевозки и долгосрочного хранения ОЯТ требует безотлагательного решения, т.к. накопление этих материалов создает реальную угрозу экологической безопасности обширных регионов, прилегающих к местам временного хранения ОЯТ, расположенных, как правило, вблизи объектов, использующих ядерное топливо.At present, in our country and a number of other countries, the problem of providing facilities using nuclear fuel, TUK for transportation and long-term storage of spent nuclear fuel requires an urgent solution, as the accumulation of these materials poses a real threat to the environmental safety of large regions adjacent to the places for temporary storage of spent nuclear fuel, located, as a rule, near facilities using nuclear fuel.

Анализ основных тенденций мировой практики в решении проблемы в обращении с облученным ядерным топливом и радиоактивными отходами показал, что один из основных показателей качества ВЧШГ (К1с) (вязкость разрушения) в интервале температур от 20 до -40°C выше, чем у углеродистой стали при тех же температурах.An analysis of the main trends in world practice in solving the problem of the handling of irradiated nuclear fuel and radioactive waste showed that one of the main quality indicators of VChShG (K1s) (fracture toughness) in the temperature range from 20 to -40 ° C is higher than that of carbon steel at the same temperatures.

Вязкость разрушения ВЧШГ и углеродистой сталиThe fracture toughness of ductile iron and carbon steel МаркаMark МеталлическаяMetal Вязкость разрушения К1с, N/мм2 м1/2 The fracture toughness K1C, N / mm 2 m 1/2 материалаmaterial основаthe basis -50-fifty +20+20 +100+100 ВЧ-40Hf-40 феррит >90%ferrite> 90% 7070 110110 130130 ВЧ-40Hf-40 феррит >80%ferrite> 80% 6060 100one hundred 110110 Углеродист. стальCarbonist. steel Перлит-ферритPerlite ferrite 50fifty 9090 110110

Обширные исследования структурного состояния, механических и физико-химических свойств ВЧШГ на образцах, вырезанных из тела крупнотоннажных отливок, корпусов контейнеров показали, что разработанный технологический регламент обеспечивает стабильное получение в литом состоянии высокое качество крупнотоннажных отливок, в соответствии с требованиями правил МАГАТЭ и нормативно-технической документации РФ:Extensive studies of the structural state, mechanical and physico-chemical properties of high-frequency alloys on samples cut from the body of large-capacity castings, container bodies have shown that the developed process regulations ensure the stable production of high-quality large-castings in the molded state, in accordance with the requirements of the IAEA rules and regulatory and technical RF documentation:

- корпуса контейнеров, изготовленные из ВЧШГ, обладают существенными преимуществами в сравнении с другими материалами;- container bodies made of ductile iron have significant advantages over other materials;

- наличие в составе чугуна 3,5% углерода, который при кристаллизации из расплава выделяется в виде свободного графита (занимающего около 15% объема всей отливки), обеспечивает лучшую, чем другие сплавы, защиту от радиационного излучения;- the presence of 3.5% carbon in the composition of cast iron, which during crystallization from the melt is released in the form of free graphite (occupying about 15% of the total casting volume), provides better protection against radiation than other alloys;

- отливка корпуса ТУК из ВЧШГ значительно снизит затраты и сроки изготовления в сравнении с затратами на изготовление сварно-кованных корпусов из стали;- casting the hull of the TUK from VChShG significantly reduce costs and manufacturing time in comparison with the cost of manufacturing welded forged steel casings;

- позволяет осуществлять ультразвуковой контроль качества корпусов на всех стадиях изготовления и эксплуатации;- allows for ultrasonic quality control of cases at all stages of manufacture and operation;

- позволяет производить утилизацию после 50-летнего срока эксплуатации корпуса из ВЧШГ путем простого переплава в качестве шихты.- allows for recycling after a 50-year period of operation of the hull from VChShG by simple remelting as a charge.

Крупнотоннажные корпуса контейнеров из ВЧШГ представляют собой массивные цилиндрические изделия с наружным диаметром до 2,5 метров с толщиной стенки 300-500 мм и высотой до 10 метров. Сейчас корпуса контейнеров из ВЧШГ изготавливают стационарным методом, т.е. заливкой расплава ВЧШГ в металлические формы (кокили), установленные в собранном виде (со стержнями) на плацу или в кессонах литейного цеха. Цикл изготовления одного корпуса контейнера по этой технологии составляет (в зависимости от его массы) от 20 до 30 дней, из них примерно 15-20 дней отливка корпуса до достижения температуры 300-350°C находится в форме.The large-tonnage container bodies made of VChShG are massive cylindrical products with an outer diameter of up to 2.5 meters with a wall thickness of 300-500 mm and a height of up to 10 meters. Now container bodies made of ductile iron are manufactured by the stationary method, i.e. pouring the VChShG melt into metal molds (chill molds) installed assembled (with rods) on the parade ground or in the caissons of the foundry. The manufacturing cycle of one container body according to this technology is (depending on its weight) from 20 to 30 days, of which approximately 15-20 days, the body is cast in a mold until it reaches a temperature of 300-350 ° C.

При таком длительном цикле изготовления одной отливки корпуса Литейный завод ЗАО «Петрозаводскмаш», признанный лучшим предприятием в нашей стране по производству крупнотоннажных изделий из ВЧШГ.With such a long cycle of manufacturing one case casting, the Foundry of CJSC Petrozavodskmash, recognized as the best enterprise in our country for the production of large-tonnage products from VChShG.

Внутренняя поверхность корпуса контейнера и торцевые поверхности, контактирующие с герметизирующими прокладками внутренней и наружной торцевых крышек (на чертежах не показаны), имеют защитное никелевое покрытие. Наружная поверхность корпуса ТУК покрывается органосиликатной композицией ОС-51-03 по ТУ-84-725-78.The inner surface of the container body and the end surfaces in contact with the gaskets of the inner and outer end caps (not shown in the drawings) have a protective nickel coating. The outer surface of the TUK case is covered with the OS-51-03 organosilicate composition according to TU-84-725-78.

Контейнер для транспортировки и/или хранения радиоактивных элементов содержит корпус с крышкой и днищем (см. опубл. заявку РФ №2004123577 от 27.01.2006 г.).The container for transportation and / or storage of radioactive elements contains a housing with a lid and a bottom (see publ. Application of the Russian Federation No. 2004123577 from 01/27/2006).

Изготовление контейнера представляет собой большую технологическую сложность и значительную часть стоимости изготовления комплекта в целом. Эта технология предусматривает изготовление отливки в кокиль с массивным центральным стержнем из холоднотвердеющих смесей (ХТС) с системой отвода тепла от тела отливки. Подвод металла осуществляется сифоном через нижнюю часть отливки, что ведет к значительному расходу жидкого металла. Для обеспечения плотности отливки используется значительная прибыльная часть. В целом для данной детали коэффициент использования металла не превышает 0,5. При механической обработке особую сложность представляет обработка каналов для нейтронной защиты методом глубокого сверления. Это длительный технологически сложный процесс, требующий специального оборудования и инструмента. Второй серьезной проблемой обеспечения долгосрочной безаварийной работы ТУК является защита внутренней рабочей поверхности чугунного корпуса от механических повреждений и химической коррозии в процессе эксплуатации, сегодня это решается гальваническим покрытием никелем. Процесс влечет за собой большой расход электроэнергии и сложную экологическую проблему, связанную с обеззараживанием отходов.The manufacture of the container represents a great technological complexity and a significant part of the cost of manufacturing the kit as a whole. This technology provides for the manufacture of chill castings with a massive central core from cold-hardening mixtures (CTS) with a heat removal system from the casting body. The metal is supplied by a siphon through the lower part of the casting, which leads to a significant consumption of liquid metal. To ensure the density of the casting, a significant profitable part is used. In general, for this part, the metal utilization coefficient does not exceed 0.5. When machining, the processing of channels for neutron protection by the method of deep drilling is of particular difficulty. This is a long technologically complex process requiring special equipment and tools. The second serious problem of ensuring long-term trouble-free operation of TUKs is the protection of the inner working surface of the cast-iron housing from mechanical damage and chemical corrosion during operation, today this is solved by nickel plating. The process entails a large consumption of electricity and a complex environmental problem associated with the disinfection of waste.

ТУК предназначен для:TUK is intended for:

- длительного до 50 лет хранения ОТВС ВВЭР в условиях контейнерного сухого хранения ОЯТ, представляющего собой открытую площадку, или здание ТУК устанавливается вертикально;- long-term storage of VVER spent fuel assemblies for up to 50 years in the conditions of dry container storage of spent nuclear fuel, which is an open area, or the TUK building is installed vertically;

- транспортирования ОТВС ВВЭР по территории АЭС из энергоблоков в пристанционное хранения ОЯТ, на автотрейлере или на железнодорожном транспорте;- transportation of WWER spent fuel assemblies across the territory of the nuclear power plant from power units to the on-site storage of spent nuclear fuel, on a trailer or on rail;

- транспортирования ОТВС ВВЭР с территории АЭС из энергоблоков или из пристанционного хранения ОЯТ автомобильным, водным или железнодорожным транспортом в существующее хранилище ОЯТ ГХК (ХОТ-1) или централизованное ХОЯТ.- transportation of WWER spent fuel assemblies from the territory of a nuclear power plant from power units or from on-site storage of spent nuclear fuel by road, water or rail to the existing SNF SNF storage facility (KHOT-1) or centralized SNF.

В состав ТУК входит контейнер, являющийся основным элементом, обеспечивающим размещение ОТВС, радиационную защиту персонала и населения при перевозке, удержание радионуклидов от выхода за пределы контейнера, рассеивание остаточного тепловыделения ОТВС в окружающую среду.The composition of the TUK includes a container, which is the main element that ensures the placement of SFA, radiation protection of personnel and the public during transportation, the retention of radionuclides from leaving the container, and the dispersion of residual heat of the SFA into the environment.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Способ изготовления крупнотоннажных транспортно-упаковочных корпусов комплектов (ТУК) для перевозки и хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ АЭС) из ферритного высокопрочного и специальных чугунов с шаровидным графитом, характеризующийся последовательной заливкой во вращаемую изложницу под слоем флюса однотипных по составу высокопрочного чугуна с шаровидным графитом слоев, целиком формирующих отливку корпуса с высокой степенью изотропности свойств по сечению и высоте или разнородных составов чугуна, формирующих монолитную отливку корпуса ТУК с высокими прочностными и специальными свойствами, при этом наружный слой заливают из ферритного высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, промежуточный слой - из легированного чугуна с шаровидным графитом с повышенной нейтронно-поглощающей способностью, а внутренний слой из коррозионно-стойкого аустенитного чугуна с шаровидным графитом.A method for the manufacture of large-tonnage transport and packaging enclosures of sets (TUK) for the transportation and storage of spent nuclear fuel (SNF NPP) from high-strength ferritic and special cast iron with spherical graphite, characterized by the sequential pouring into the rotating mold under a flux layer of the same type of composition ductile cast iron with spherical graphite completely forming a casting of the body with a high degree of isotropic properties along the cross section and height or heterogeneous compositions of cast iron, forming a monolithic casting of a TUK case with high strength and special properties, while the outer layer is poured from high-strength ferritic cast iron with spherical graphite, the intermediate layer is from alloyed cast iron with spherical graphite with increased neutron absorption capacity, and the inner layer is made of corrosion-resistant austenitic cast iron with spherical graphite.

Способ отличается тем, что скорость вращения изложницы при каждой последующей заливке увеличивают на 5-10%.The method is characterized in that the rotation speed of the mold for each subsequent pouring is increased by 5-10%.

Способ отличается тем, что слои расплавов заливают под слоем жидкого или порошкообразного флюса в количестве 0,7-0,8% от массы заливаемого первого слоя расплава, а при каждой последующей заливке расплава вводят флюс в количестве 10-15% от массы первоначально введенного количества флюса.The method is characterized in that the layers of the melts are poured under a layer of liquid or powder flux in an amount of 0.7-0.8% by weight of the first melt layer being poured, and with each subsequent pouring of the melt, a flux of 10-15% by weight of the initially introduced amount is introduced. flux.

Способ отличается тем, что используют флюс, состоящий из следующих компонентов по мас.%:The method is characterized in that they use a flux consisting of the following components in wt.%:

силикатная глыба (nNa2O mSiO2)silicate block (nNa 2 O mSiO 2 ) - 23-25;- 23-25; плавиковый шпат (CaF2)fluorspar (CaF 2 ) - 23-25;- 23-25; бура (Na2, B4O7)borax (Na 2 , B 4 O 7 ) - 15-17;- 15-17; известняк (CaO)limestone (CaO) - остальное.- the rest.

Монолитная отливка-корпус ТУК, изготовленная вышеуказанным центробежным способом литья, характеризующаяся цилиндрической формой со съемными торцевыми крышками, причем корпус выполнен последовательной заливкой одного или разнородных составов высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, а нейтронная защита корпуса выполнена средним слоем из чугуна легированного, нейтроннопоглощающими элементами, при этом внутренняя коррозионная защита корпуса выполнена из аустенитного чугуна с шаровидным графитом.A monolithic casting-casing TUK made by the above centrifugal casting method, characterized by a cylindrical shape with removable end caps, the casing being made by sequentially pouring one or heterogeneous compositions of high-strength cast iron with spherical graphite, and the neutron protection of the casing is made by a middle layer of cast iron alloyed with neutron-absorbing elements, The internal corrosion protection of the casing is made of austenitic nodular cast iron.

При заливке последующих слоев расплава чугуна большая часть оставшегося флюса под действием центробежных сил снова вытесняется на внутреннюю поверхность вновь залитого слоя. Указанный состав флюса рекомендуется применять как при заливке слоев одного расплава ВЧШГ, так и при заливке би- и полиметаллических корпусов контейнеров.When pouring subsequent layers of cast iron melt, most of the remaining flux under the action of centrifugal forces is again displaced onto the inner surface of the newly cast layer. The specified composition of the flux is recommended to be used both when pouring layers of one VChShG melt and when pouring bi- and polymetallic container bodies.

Монометаллические корпуса контейнеров, изготовленные из ВЧШГ, стационарным способом покрываются изнутри антикоррозионным плакирующим слоем, наносимым электрохимическим методом, плазменным напылением или же запрессовкой оболочки из стали Х18Н10Т.The monometallic container bodies made of high-strength alloys are stationary coated from the inside with an anticorrosive cladding layer applied by the electrochemical method, plasma spraying, or by pressing a shell made of X18H10T steel.

В предлагаемой технологии антикоррозионный слой толщиной 15-20 мм предлагается осуществлять заливкой расплава аустенитного чугуна с шаровидным графитом, т.е. вся биметаллическая отливка формируется в сплошное единое изделие - крупнотоннажный корпус контейнера послойной заливкой слоев ферритного и аустенитного чугунов методом центробежного литья.In the proposed technology, it is proposed to carry out an anti-corrosion layer with a thickness of 15-20 mm by pouring melt of austenitic cast iron with spherical graphite, i.e. the entire bimetallic casting is formed into a continuous single product - a large-tonnage container body by layer-by-layer casting of ferritic and austenitic cast iron layers by centrifugal casting.

При изготовлении полиметаллической отливки корпуса контейнера, состоящей из различных слоев разнородных по составу чугунов, формирование в корпусе контейнера высокой ядерной (нейтронной) и радиационной защиты, а также коррозионной стойкости осуществляется последовательной заливкой расплавов этих слоев центробежным методом литья.In the manufacture of polymetallic casting of a container body, consisting of various layers of cast irons of a different composition, the formation of high nuclear (neutron) and radiation protection, as well as corrosion resistance in the container body is carried out by successive pouring of the melts of these layers by centrifugal casting.

Полиметаллическая монолитная отливка корпуса с высокими характеристиками прочностных и специальных свойств состоит из сочетания слоев легированного чугуна с шаровидным графитом с высокими параметрами специальных свойств. Отличие технологического процесса изготовления би- и полиметаллических отливок корпусов от монометаллических состоит в толщине слоев и температурном режиме их заливки. При заливке многослойной отливки корпуса контейнера из одного состава ВЧШГ заливка первого слоя расплава (толщиной 80-100 мм) во вращаемую металлическую форму (изложницу) производится при температуре на 30-50°C выше температуры ликвидуса, заливка последующих слоев толщиной 80-100 мм производится при этой же температуре, но при достижении, на контактной (внутренней) поверхности первого слоя температуры на 100-150°C ниже температуры солидуса этого чугуна.A polymetallic monolithic casting of a body with high characteristics of strength and special properties consists of a combination of layers of alloyed cast iron with spherical graphite with high parameters of special properties. The difference between the manufacturing process of bi- and polymetallic castings of casings from monometallic castings is in the thickness of the layers and the temperature regime of their pouring. When pouring a multilayer casting of the container body from one structure of the ductile iron mixture, the first melt layer (80-100 mm thick) is poured into a rotating metal mold (mold) at a temperature of 30-50 ° C higher than the liquidus temperature, the subsequent layers are filled with a thickness of 80-100 mm at the same temperature, but upon reaching, on the contact (inner) surface of the first layer of temperature, 100-150 ° C lower than the solidus temperature of this cast iron.

Достигаемый изобретением технический результат заключается в:The technical result achieved by the invention consists in:

- повышении надежности защиты от радиационного излучения ОЯТ, коррозионной стойкости корпуса ТУК и увеличении производительности изготовления ТУК;- improving the reliability of protection against radiation from spent nuclear fuel, the corrosion resistance of the TUK hull and increasing the productivity of TUK manufacturing;

- оптимизации технологии изготовления ТУК;- optimization of manufacturing technology TUK;

- обеспечении стабильного получения качества крупнотоннажных отливок ТУК;- ensuring stable production of quality large-capacity castings TUK;

- возможности обеспечения контроля качества ТУК на всех стадиях изготовления и эксплуатации ТУК;- the ability to ensure quality control of TUK at all stages of the manufacture and operation of TUK;

- возможности утилизации после 50-летнего срока эксплуатации корпуса из ВЧШГ.- the possibility of disposal after a 50-year period of operation of the hull from the ductile iron.

Изобретение поясняется чертежами, где на:The invention is illustrated by drawings, where:

Фиг.1 - цилиндрический корпус ТУК; (1 - корпус контейнера; 2 - торцевая крышка);Figure 1 - a cylindrical housing TUK; (1 - container body; 2 - end cover);

Фиг.2 - то же, с торцевыми крышками (для отливки центробежным способом).Figure 2 is the same with the end caps (for centrifugal casting).

Известно, что получение качественных массивных отливок, таких как корпуса контейнеров с толщиной стенок до 500 мм при любом способе литья сопряжено с определенными технологическими трудностями, связанными, главным образом, с невозможностью обеспечить при их кристаллизации принципа направленного затвердевания, и получение высоких механических свойств по всему сечению отливки. При стационарном способе изготовления в этом случае обычно прибегают к простановке массивных питающих прибылей, однако эти меры, хотя предотвращают образование сосредоточенных дефектов усадочного происхождения, но не обеспечивают высокой изотропности свойств чугуна. Физико-механические свойства и пластичность в металла в массивных отливках, изготовленных из ВЧШГ с толщиной стенки 300 мм и более, снижаются по сравнению с механическими свойствами отливок с толщиной стенки отливки до 50 мм примерно на 25%.It is known that obtaining high-quality massive castings, such as container bodies with wall thicknesses up to 500 mm with any casting method, is associated with certain technological difficulties associated mainly with the inability to ensure the directional solidification principle during their crystallization, and obtaining high mechanical properties throughout cross section of the casting. In the stationary manufacturing method, in this case, they usually resort to setting up massive feeding profits, but these measures, although they prevent the formation of concentrated defects of shrinkage origin, but do not provide high isotropic properties of cast iron. Physico-mechanical properties and ductility in the metal in massive castings made of high-alloy steel with a wall thickness of 300 mm or more are reduced by about 25% compared with the mechanical properties of castings with a wall thickness of casting up to 50 mm.

Как показали исследования в отливках с толщиной стенки более 100 мм, изготовленных из ВЧШГ методом центробежного литья, одноразовой заливкой получить качественную бездефектную отливку так же практически невозможно. Как правило, в подобных отливках обнаруживаются такие дефекты, как анизотропность, полосчатость, расслоение и др.As studies have shown in castings with a wall thickness of more than 100 mm made of high-strength alloys by centrifugal casting, it is also almost impossible to obtain a quality defect-free casting with a one-time casting. As a rule, such castings show defects such as anisotropy, bandedness, delamination, etc.

Поэтому предлагается принципиально новый технологический процесс производства крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров методом центробежного литья с использованием принципа многократной послойной заливки, необходимой для получения цельнолитой крупнотоннажной отливки корпуса ТУКа. При этом необходимо, чтобы при заливке каждого слоя контактная поверхность первоначально залитого слоя металла находилась до заливки очередной порции расплава подзащитным покровом флюса, вводимого во вращаемую изложницу вместе с заливаемым или же сразу после его заливки.Therefore, a fundamentally new technological process is proposed for the production of large-capacity castings of container bodies by centrifugal casting using the principle of multiple layer-by-layer casting necessary to obtain a solid cast large-capacity casting of the TUK case. It is necessary that, when each layer is poured, the contact surface of the initially poured metal layer should be prior to pouring the next portion of the melt with a flux protective cover, introduced into the rotating mold along with the poured or immediately after pouring it.

При отливке крупнотоннажных корпусов контейнеров частоту вращения центробежной формы определяют исходя из необходимости сокращения до минимально возможных значений продолжительности выравнивания угловых скоростей залитого слоя металла и изложницы для достижения высокой однородности свойств металла отливки. Это условие в крупнотоннажных отливках корпусов обеспечивается при гравитационном коэффициенте, равном 120, в соответствии с которым частота вращения формы, определенная по формуле: n=328/√R, где R - внешний радиус отливки (в м).When casting large container containers, the centrifugal speed is determined on the basis of the need to reduce to the minimum possible values of the alignment time of the angular velocities of the cast metal layer and the mold to achieve high uniformity of the properties of the cast metal. This condition in large-capacity castings of cases is ensured with a gravitational coefficient equal to 120, according to which the frequency of rotation of the mold, determined by the formula: n = 328 / √R, where R is the external radius of the casting (in m).

Новый технологический процесс позволяет:The new process allows:

1. Снизить (не менее чем в 3 раза) трудоемкость изготовления корпуса ТУК.1. To reduce (not less than 3 times) the complexity of manufacturing a TUK case.

2. Создать более технологичную конструкцию ТУК.2. Create a more technological design of TUK.

3. Существенно снизить толщину стенки и вес корпуса ТУК путем устранения отверстий в стенке корпуса для нейтронной защиты и повысить полезную загрузку.3. Significantly reduce the wall thickness and weight of the TUK casing by removing holes in the casing wall for neutron protection and increase payload.

Изобретение позволяет посредством многослойной заливки разнородных составов ВЧШГ получать отливки высокого качества. Обеспечивать равномерное, прочное сваривание между собой разных по химическому составу слоев чугуна, обеспечивает высокую изотропность свойств по всему сечению отливки корпуса ТУК. Формировать монолитный крупнотоннажный корпус контейнера для транспортирования и хранения ОЯТ атомных станций и других объектов отрасли. Создать высокий уровень прочностных физико-химических свойств и решить проблему защиты от радиоактивного излучения и коррозии основных элементов конструкции.The invention allows to obtain high-quality castings by means of multilayer pouring of heterogeneous compositions of VChShG. To ensure uniform, strong welding between each other of the chemical composition of the layers of cast iron, provides high isotropic properties over the entire cross section of the casting of the TUK body. To form a monolithic large-tonnage container body for transporting and storing SNF from nuclear plants and other industry facilities. To create a high level of strength physical and chemical properties and solve the problem of protection against radioactive radiation and corrosion of the main structural elements.

Claims (5)

1. Способ изготовления крупнотоннажного корпуса транспортно-упаковочного комплекта (ТУК) для перевозки и хранения отработавшего ядерного топлива, характеризующийся тем, что во вращаемую изложницу послойно заливают под флюсом чугуны разного состава и осуществляют формирование монолитной отливки корпуса ТУК, при этом наружный слой заливают из ферритного высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, промежуточный слой - из легированного чугуна с шаровидным графитом, обладающего нейтронно-поглощающей способностью, а внутренний слой - из коррозионно-стойкого аустенитного чугуна с шаровидным графитом.1. A method of manufacturing a large-tonnage case of a transport-packaging set (TUK) for transporting and storing spent nuclear fuel, characterized in that cast iron of various compositions is layered layer-by-layer under a flux and a monolithic casting of the TUK body is formed, while the outer layer is filled from ferritic ductile iron with spherical graphite, the intermediate layer is made of alloyed spheroidal graphite iron with neutron absorption capacity, and the inner layer is made of orrosion-resistant austenitic nodular cast iron. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость вращения изложницы при каждой последующей заливке слоев увеличивают на 5-10%.2. The method according to claim 1, characterized in that the rotation speed of the mold with each subsequent filling of the layers is increased by 5-10%. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что используют жидкий или порошкообразный флюс, который при заливке первого слоя вводят в количестве 0,7-0,8% от массы заливаемого первого слоя расплава, а при каждой последующей заливке расплава дополнительно вводят флюс в количестве 10-15% от массы первоначально введенного количества флюса.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a liquid or powder flux is used, which, when pouring the first layer, is introduced in an amount of 0.7-0.8% by weight of the first melt layer being poured, and each time the melt is poured further flux is introduced in an amount of 10-15% by weight of the initially introduced amount of flux. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что используют флюс, содержащий следующие компоненты в мас.%:
Силикатная глыба 23-25 Плавиковый шпат 23-25 Бура 15-17 Известняк остальное.
4. The method according to claim 3, characterized in that use a flux containing the following components in wt.%:
Silicate block 23-25 Fluorspar 23-25 Borax 15-17 Limestone rest.
5. Корпус транспортно-упаковочного комплекта (ТУК) для перевозки и хранения отработанного ядерного топлива, характеризующийся тем, что он выполнен монолитным из слоев высокопрочного чугуна с шаровидным графитом разного состава, при этом наружный слой выполнен из ферритного высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, промежуточный слой - из легированного чугуна с шаровидным графитом, обладающего нейтронно-поглощающей способностью, а внутренний слой - из коррозионно-стойкого аустенитного чугуна с шаровидным графитом. 5. The case of the transport packaging package (TUK) for transportation and storage of spent nuclear fuel, characterized in that it is made of monolithic layers of ductile iron with spherical graphite of different composition, while the outer layer is made of high-strength ferritic iron with spherical graphite, an intermediate layer - from alloyed cast iron with spherical graphite, which has neutron-absorbing ability, and the inner layer is from corrosion-resistant austenitic cast iron with spherical graphite.
RU2011133104/02A 2011-08-08 2011-08-08 Method of rotary casting of multilayer billets for shipping packages (sp) for waste nuclear fuel from high-strength iron with ball-shape graphite, and sp case one-piece casting thus produced RU2464124C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011133104/02A RU2464124C1 (en) 2011-08-08 2011-08-08 Method of rotary casting of multilayer billets for shipping packages (sp) for waste nuclear fuel from high-strength iron with ball-shape graphite, and sp case one-piece casting thus produced

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011133104/02A RU2464124C1 (en) 2011-08-08 2011-08-08 Method of rotary casting of multilayer billets for shipping packages (sp) for waste nuclear fuel from high-strength iron with ball-shape graphite, and sp case one-piece casting thus produced

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2464124C1 true RU2464124C1 (en) 2012-10-20

Family

ID=47145349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011133104/02A RU2464124C1 (en) 2011-08-08 2011-08-08 Method of rotary casting of multilayer billets for shipping packages (sp) for waste nuclear fuel from high-strength iron with ball-shape graphite, and sp case one-piece casting thus produced

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2464124C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2531157C1 (en) * 2013-10-16 2014-10-20 Николай Никитьевич Александров Casting of multiple-ply billets for high-capacity bodies of transportation containers from high-strength ferrite and austenite iron with globular graphite intended for used nuclear fuel transportation and storage
RU2646852C1 (en) * 2017-01-10 2018-03-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" Method of manufacture of container casing for tuk with casing from high-duty cast iron with globular graphite
RU2742093C1 (en) * 2020-07-30 2021-02-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)" Method of producing steel tubing billet with high radiation resistance
CN115213360A (en) * 2022-05-17 2022-10-21 宁波日星铸业有限公司 Preparation method of nodular cast iron for wind driven generator hub

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2258692A1 (en) * 1974-01-23 1975-08-18 Transnucleaire Package for nuclear fuel elements - particularly for transport prior to reprocessing
SU908497A1 (en) * 1980-05-26 1982-02-28 Украинский Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Металлов Method of centrifugal casting of two-layer rollers
DE3324929A1 (en) * 1983-07-09 1985-01-17 Buderus Ag, 6330 Wetzlar Process for the production of a thick-walled container base of high notch toughness
RU2023531C1 (en) * 1993-06-29 1994-11-30 Акционерное общество "Буммаш" Ingot production method
RU2400843C1 (en) * 2009-06-22 2010-09-27 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения" Transport-packing complete set for transporting and storage of spent nuclear fuel

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2258692A1 (en) * 1974-01-23 1975-08-18 Transnucleaire Package for nuclear fuel elements - particularly for transport prior to reprocessing
SU908497A1 (en) * 1980-05-26 1982-02-28 Украинский Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Металлов Method of centrifugal casting of two-layer rollers
DE3324929A1 (en) * 1983-07-09 1985-01-17 Buderus Ag, 6330 Wetzlar Process for the production of a thick-walled container base of high notch toughness
RU2023531C1 (en) * 1993-06-29 1994-11-30 Акционерное общество "Буммаш" Ingot production method
RU2400843C1 (en) * 2009-06-22 2010-09-27 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения" Transport-packing complete set for transporting and storage of spent nuclear fuel

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2531157C1 (en) * 2013-10-16 2014-10-20 Николай Никитьевич Александров Casting of multiple-ply billets for high-capacity bodies of transportation containers from high-strength ferrite and austenite iron with globular graphite intended for used nuclear fuel transportation and storage
RU2646852C1 (en) * 2017-01-10 2018-03-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" Method of manufacture of container casing for tuk with casing from high-duty cast iron with globular graphite
RU2742093C1 (en) * 2020-07-30 2021-02-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)" Method of producing steel tubing billet with high radiation resistance
CN115213360A (en) * 2022-05-17 2022-10-21 宁波日星铸业有限公司 Preparation method of nodular cast iron for wind driven generator hub
CN115213360B (en) * 2022-05-17 2024-04-09 宁波日星铸业有限公司 Preparation method of spheroidal graphite cast iron for hub of wind driven generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2464124C1 (en) Method of rotary casting of multilayer billets for shipping packages (sp) for waste nuclear fuel from high-strength iron with ball-shape graphite, and sp case one-piece casting thus produced
CN100525960C (en) Large-scale shaft products vertical casting and repairing device and using method
US5058655A (en) Method and apparatus for manufacturing of a thick-walled hollow casting of cast iron
CN1296868A (en) Casting technology and apparatus for producing die-cast ingot, castings and conticast billet
SE426993B (en) CONTAINER FOR TRANSPORT OR STORAGE OF RADIOACTIVE WASTE, Separately Irradiated Nuclear Reactor Fuel Elements
CN107790666A (en) Large section Properties of Heavy Rail Steel continuous casting control method
CN104174819B (en) The climb casting technique of machine third-level planetary frame of a kind of ocean platform
RU2440214C1 (en) Method of producing thick-wall castings from cast iron with spherical graphite
RU2531157C1 (en) Casting of multiple-ply billets for high-capacity bodies of transportation containers from high-strength ferrite and austenite iron with globular graphite intended for used nuclear fuel transportation and storage
JP6858118B2 (en) Iron or steel casting method, charge used in the method, and method for manufacturing the charge
CN105478707B (en) A kind of method that utilization vertical centrifugal casting technique productions bore section rotary drum
CN201442085U (en) Directional solidification casting device for titanium alloy missile cabins
CA1240820A (en) Casting light metals
Doub et al. Main trends in the development of technology for casting steel into ingots
JPH06200361A (en) Shielding container for carrying fuel element for radioactive nuclear reactor and method of forming sealed layer in said shielding container
RU187096U1 (en) CONTAINER FOR TRANSPORTATION AND STORAGE OF WASTE NUCLEAR FUEL
CN101612645A (en) A kind of method of shell immersion, pouring and flame retarding during magnesium alloy investment casting
CN107737899A (en) Large section Properties of Heavy Rail Steel continuous casting producing method
RU2582083C2 (en) Method for producing container for transportation and storage of spent nuclear fuel
RU2646852C1 (en) Method of manufacture of container casing for tuk with casing from high-duty cast iron with globular graphite
CN114273638A (en) Low-pressure precision casting method of magnesium alloy thin-wall shell part
CN105618687B (en) The manufacture method of stud and stud
JPS6087965A (en) Centrifugal casting method of pipe
RU2670103C2 (en) Spent nuclear fuel transportation and storage container body manufacturing method
RU2510306C1 (en) Method of making thin-wall casts of cast iron with ball-like graphite

Legal Events

Date Code Title Description
TC4A Change in inventorship

Effective date: 20130218