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技术

本发明专利技术公开了一种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，属于材料高温冶金技术领域。采用分瓣式水冷铜坩埚，坩埚内部放置待熔炼的原料，采用底部布置一层氧化物粉，中间平铺金属粉，顶部氧化物三明治布料方式。上述材料在惰性气氛下熔炼，采用电磁感应加热，高频感应电流加热熔化中间平铺的金属粉，熔化的金属层通过热传导将上下的氧化物层加热，加热后的氧化物能够吸收电磁波，并最终熔化，熔化后氧化物温度大于2600℃。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及材料高温冶金
具体涉及一种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。
技术介绍
当核电厂发生堆芯熔化严重事故，在冷却水丧失条件下，UO2裂变热导致堆芯温度急剧升高，将燃料芯块及附近Zr包壳、管板融化，熔融的UO2、Zr、ZrO2(锆和水反应生成ZrO2和H2)、不锈钢等混合物下落到下封头。发现UO2、ZrO2的混合较为充分形成中间氧化层，Zr金属还原部分UO2导致重金属铀置于熔融池底部形成重金属层，顶部Fe、Zr形成轻金属层。本专利技术通过设计一种三明治布料方式：氧化物层、金属层、氧化物层，并利用电磁场加热熔化金属层引燃上下氧化物的熔炼技术，以模拟分析熔融物反应机理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种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，采用氧化物层、金属层和氧化物层三明治布料方式，并利用电磁场加热熔化金属层，从而实现引燃上下氧化物。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种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，该方法利用电磁感应熔炼1-10kg高熔点混合物，熔炼坩埚内采用底层氧化物、中间层金属和上层氧化物的三明治布料方式，采用电磁感应加热熔化中间金属粉后，熔化的金属层通过热传导将上下层的氧化物层加热，加热后的氧化物能够吸收电磁波，并最终实现高熔点混合物全部熔化，熔化后混合物温度大于2600℃。该方法具体包括如下步骤：<br>1)准备带有水冷铜坩埚的高频感应炉，将待熔化的高熔点混合物放置于坩埚内，高熔点混合物采用三明治方式布料，即底部布置氧化物层，中间平铺金属粉，顶部为氧化物层；2)在惰性或中性气氛下，采用高频电磁感应加热坩埚内部高熔点混合物，电磁加热功率为25-60KW，电磁感应线圈加热频率为250-300KHz；加热至中间金属层开始熔化；3)采用电磁感应继续加热，并将加热功率提升至50-70KW并保温10-60分钟；该过程中，熔化的中间层金属粉通过热传导将上下层的氧化物加热，加热后的氧化物能够吸收电磁波，最终实现全部混合物熔化。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高熔点混合物紧密填充。所述高熔点混合物进行三明治方式布料时，底部和顶部氧化物均为熔点高于2600℃的ZrO2粉、CaO粉和UO2粉等中的一种或几种；中间金属层采用金属锆、纯铁、316不锈钢和508-III钢等中的一种或几种金属粉或金属颗粒。所述中间金属层重量占所述待熔高熔点混合物(金属层和氧化物层)总重量的10％～50wt.％。所述惰性气氛为Ar或He气气氛，所述中性气氛为N2气氛。附图说明图1为实施例1熔炼后ZrO2锭宏观图片。图2为实施例1熔炼后底部氧化层、金属层和顶部氧化层熔化情况。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，以下结合实例对本专利技术进行描述，但实例仅为对本专利技术的特点和优点做进一步阐述，而不是对本专利技术权利要求的限制。实施例1：称量3000g的高纯氧化锆粉和750g的雾化铁粉，其中Fe含量占全部熔化材的20wt.％。将1500g高纯氧化锆粉布置在Φ120水冷铜坩埚底部，并采用铁棒夯实，随后将750g雾化铁粉平铺于高纯氧化锆粉上面，最后将剩余1500g高纯氧化锆粉放置在铁粉上面，全部装料完成后，采用铁棒将待熔原料捣实。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50KW功率加热3分钟后，加热线圈电流下降，表明金属层已经开始熔化，电源加热频率297KHz；随后将功率提升至60kW保温30分钟，停电冷却，观察到混合物全部熔化，熔化温度大于2600℃。熔炼后ZrO2锭宏观图片及各层熔化情况如图1-2所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种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，其特征在于：该方法利用电磁感应熔炼1-10kg高熔点混合物，熔炼坩埚内采用底层氧化物、中间层金属和上层氧化物的三明治布料方式，采用电磁感应加热熔化中间金属粉后，熔化的金属层通过热传导将上下层的氧化物层加热，加热后的氧化物能够吸收电磁波，并最终实现高熔点混合物全部熔化，熔化后混合物温度大于2600℃。/n

【技术特征摘要】
1.一种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，其特征在于：该方法利用电磁感应熔炼1-10kg高熔点混合物，熔炼坩埚内采用底层氧化物、中间层金属和上层氧化物的三明治布料方式，采用电磁感应加热熔化中间金属粉后，熔化的金属层通过热传导将上下层的氧化物层加热，加热后的氧化物能够吸收电磁波，并最终实现高熔点混合物全部熔化，熔化后混合物温度大于2600℃。


2.根据权利要求1所述的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，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炉，将待熔化的高熔点混合物放置于坩埚内，高熔点混合物采用三明治方式布料，即底部布置氧化物层，中间平铺金属粉，顶部为氧化物层；
2)在惰性或中性气氛下，采用高频电磁感应加热坩埚内部高熔点混合物，电磁加热功率为25-60KW，电磁感应线圈加热频率为250-300KHz；加热至中间金属层开始熔化；
3)采用电磁感应继续加热，并将加热功率提升至50-70KW并保温10-60分钟；该过程中，熔化的中间层金属粉通过热传导将上下层的氧化物加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈波，梁田，刘奎，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21