[发明专利]一种U-10Zr合金熔炼工艺

说明书

本发明属于金属型合金熔炼和成型工艺技术领域，具体涉及一种U‑10Zr合金熔炼工艺。包括以下步骤：(1)制备U‑50wt.％Zr中间合金；(2)制备U‑10wt.％Zr合金；利用中频感应炉，在CaO陶瓷坩埚内将U‑50wt.％Zr中间合金和贫铀进行感应熔炼；控制中频感应炉的真空度小于10^‑1Pa，熔炼温度为1500～1600℃；(3)浇铸U‑10wt.％Zr合金；将步骤(2)中得到的铀锆合金放入中频感应炉内，通过石墨坩埚底铸的方式进行浇铸，在石墨坩埚的底部设置浇杯，在浇杯与模具之间设置泡沫陶瓷过滤器，通过此步骤的浇铸得到去除杂质后的U‑10wt.％Zr合金。通过上述技术方案可以保证金属型燃料金属型芯坯U‑10％Zr合金的制备质量，为金属燃料元件的批量化生产提供有利的技术和装备支持。

技术领域

本发明属于金属型合金熔炼和成型工艺技术领域，具体涉及一种U-10Zr合金熔炼工艺。

背景技术

快堆转换区金属型元件中的芯体材料为铀锆合金，其中U-10％Zr合金。在快堆金属燃料中，以铀锆合金性能为最好，其中锆含量为10wt.％的合金由于导热性能好、易裂变原子密度高、Zr热中子截面低，同时该合金在热循环中具有优良的耐腐蚀性能和尺寸稳定性，因此被认为是一种很有前途的金属块中子增值反应堆的核燃料。同时这种新燃料可以使反应堆在更高的输出功率下运行并延长运行周期，从而提高经济性、安全性和燃料性能。

但是，目前还没有一种专门用于解决金属型燃料元件芯坯制备问题的U-10％wtZr合金熔炼成型工艺，亟需开展相关研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种U-10Zr合金熔炼工艺，以保证U-10％wtZr合金制备的质量，为金属型燃料元件的批量化生产提供有利的技术和装备支持。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种U-10Zr合金熔炼工艺，包括以下步骤：

(1)制备中间合金

按等重量比配制U、Zr，通过非自耗电弧炉将合金反复熔炼5～8次，制备出以Zr为基体、铀固溶于基体中的U-50wt.％Zr中间合金；

(2)制备U-10wt.％Zr合金

根据中间合金成分，按照U-10wt.％Zr重量配比计算所需要添加的贫铀的质量；此处添加的贫铀是U₂₃₅＜0.4wt.％的铀金属；

利用中频感应炉，在CaO陶瓷坩埚内将U-50wt.％Zr中间合金和贫铀进行感应熔炼；控制中频感应炉的真空度小于10^-1Pa，熔炼温度为1500～1600℃；

U-50wt.％Zr中间合金和贫铀完全熔化后进行保温，然后采用倾注式浇注将熔炼后的合金倾注在模具中；

(3)浇铸U-10wt.％Zr合金

将步骤(2)中得到的铀锆合金放入中频感应炉内，通过石墨坩埚底铸的方式进行浇铸，在石墨坩埚的底部设置浇杯，在浇杯与模具之间设置泡沫陶瓷过滤器，通过此步骤的浇铸得到去除杂质后的U-10wt.％Zr合金。

进一步的，如上所述的一种U-10Zr合金熔炼工艺，在步骤(2)和步骤(3)中，中频感应炉的频率为1500～2000Hz；在步骤(2)中，CaO陶瓷坩埚与感应线圈之间的结合为打结方式，CaO陶瓷坩埚的尺寸与中频感应炉中感应圈尺寸相匹配，使用石英砂将CaO陶瓷坩埚与感应圈打结到一起。

进一步的，如上所述的一种U-10Zr合金熔炼工艺，步骤(2)中，U-50wt.％Zr中间合金和贫铀完全熔化后，进行保温时的保温温度为1500～1600℃，保温时间为60min。