一种锆或锆合金残料锭高效熔炼方法技术

本发明专利技术公开了一种锆或锆合金残料锭高效熔炼方法，该方法包括：一、将锆或锆合金残料分切、脱脂和酸洗后检查得到熔炼投料；二、选择熔炼投料焊接得到自耗电极；三、将自耗电极添加熔炼投料真空自耗熔炼得到一次残料电极；四、重复熔炼工艺得到n次残料电极；五、将n次残料电极真空自耗熔炼得到一次残料锭；六、重复熔炼工艺得到N次残料锭；七、机加扒皮、锯头尾后检查得到锆或锆合金残料锭。本发明专利技术选择尺寸和成分匹配的熔炼投料进行焊接熔炼并多次添加其他熔炼投料制备残料锭，无需残料破碎、电极压制和电极焊接等工序，简化了残料处理流程，缩短了生产周期，在保证残料锭质量的同时提高了残料熔炼回收的效率，满足了核工业的需求。满足了核工业的需求。满足了核工业的需求。

An efficient smelting method for zirconium or zirconium alloy scrap ingots

【技术实现步骤摘要】
一种锆或锆合金残料锭高效熔炼方法


[0001]本专利技术属于锆材料制备
，具体涉及一种锆或锆合金残料锭高效熔炼方法。

技术介绍

[0002]锆及锆合金因具有良好的耐腐蚀、力学等性能广泛应用于核工业、化工业等领域，尤其作为核电或核动力用关键材料，用量大、质量要求高，导致其生产过程中产生了大量的残、废料，造成国内外行业中锆材成品率较其它金属行业普遍偏低。而最直接、最有效提高锆材成品率的技术方法就是重复利用锆残料，所以，如何高效、高质量开展锆及锆合金残料的回收，是提高锆材成品率、降低成本的关键。
[0003]目前行业内普遍采用真空自耗熔炼的方法进行锆及锆合金残料的熔炼回收，也就是将各种残料经过分切、破碎、脱脂、酸洗、电极压制、电极焊接等一系列工序加工后全部制备成熔炼用自耗电极，进而熔炼制备成残料锭，这就造成处理工序繁琐、复杂，生产周期长、成本高，如何高效、高质量解决锆及锆合金残料熔炼回收成为亟待解决的技术难题。
[0004]前期，申请人为了很好的控制返料锭中O和N元素，初步研究了核级锆合金的部分类型残料回收方法，并申请了《一种核级锆合金返回料铸锭的制备方法》(申请号：201811568318.4)的专利，但该专利披露的方法需要分别将块状锆合金返回料和屑状锆合金返回料分别经一系列工序处理后压制并焊接成自耗电极进行熔炼，工艺繁冗，周期长，同时针对于特定类型的锆合金，且需要对锆合金返回料中的元素含量进行选择和计算，过程复杂繁琐。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种锆或锆合金残料锭高效熔炼方法。该方法通过调整残料熔炼方式，直接选择尺寸和成分匹配的熔炼投料进行焊接熔炼，并在熔炼过程中多次添加其他熔炼投料，制备得到残料锭，无需残料破碎、电极压制成型和电极焊接等工序，大大简化了残料处理流程，明显缩短生产周期，降低劳动强度和成本，在保证残料锭质量的同时提高了残料熔炼回收的效率。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种锆或锆合金残料锭高效熔炼方法，其特征在于，该方法包括以下步骤
[0007]步骤一、将锆或锆合金残料依次分切、脱脂和酸洗，然后经尺寸、表面检查及成分筛查合格，得到熔炼投料；
[0008]步骤二、从步骤一中得到的熔炼投料中选择大规格且尺寸、成分匹配的熔炼投料进行焊接，得到自耗电极；
[0009]步骤三、将步骤二中得到的自耗电极放置于规格匹配的熔炼坩埚内后装入熔炼炉室，并在熔炼坩埚内添加步骤一中得到的熔炼投料中的小规格熔炼投料，然后按照设计的熔炼工艺参数进行真空自耗熔炼，且熔炼过程中多次间断停炉并添加小规格熔炼投料参与
熔炼，使得自耗电极形成的金属液包覆添加的小规格熔炼投料，直至自耗电极消耗完全，停炉冷却后出炉，经机加平头处理和表面清洗，得到一次残料电极；所述设计的熔炼工艺参数包括电流、电压、真空度、压升率和冷却时间；
[0010]步骤四、将步骤三中得到的一次残料电极重复步骤三中的熔炼工艺和机加平头处理、表面清洗工艺，总计进行n次熔炼工艺和机加平头处理、表面清洗工艺，得到n次残料电极，其中1≤n≤5；
[0011]步骤五、将一个步骤四中得到的n次残料电极或者多个步骤四中得到的n次残料电极组合焊接后作为残料自耗电极放置于规格匹配的熔炼坩埚内装入熔炼炉室，然后按照设计的熔炼工艺参数进行真空自耗熔炼，停炉冷却后出炉，经机加平头处理和表面清洗，得到一次残料锭；所述设计的熔炼工艺参数包括电流、电压、真空度、熔炼速度、压升率和冷却时间；
[0012]步骤六、将步骤五得到的一次残料锭重复步骤五中的熔炼工艺和机加平头处理、表面清洗工艺，总计进行N次熔炼工艺和机加平头处理、表面清洗工艺，得到N次残料锭，其中1≤N≤4；
[0013]步骤七、将步骤六中得到的N次残料锭进行机加扒皮、锯头尾，然后经表面质量目视检查和取样化学成分检测合格，得到锆或锆合金残料锭。
[0014]本专利技术首先对锆或锆合金残料依次分切、脱脂和酸洗，由于锆或锆合金生产过程中不同工序产生的残料类型、规格不同，而熔炼炉室和坩埚均为一定有限的空间，因此本专利技术将锆或锆合金残料分切至便于后续熔炼使用的尺寸；同时因生产工艺不同，锆或锆合金残料表面的状态也各不相同，如冷轧后沾满油污状态，热轧加工后的氧化皮状态，也有喷砂/抛丸后的状态等等，因此本专利技术通过脱脂去除锆或锆合金残料表面油污、杂质等物质，结合后续酸洗，以彻底去除锆或锆合金残料表面氧化物、夹杂、异物等，保证了熔炼投料的纯净度，进而保证了锆或锆合金残料锭的化学成分和组织，提高了锆或锆合金残料锭的质量。
[0015]相对于现有技术中先将所有残料分切、破碎细化、脱脂、酸洗、压制成一定形状的电极块，然后将电极块焊接成自耗电极，本专利技术直接从熔炼投料中选择较少部分尺寸合适、外形规则的熔炼投料进行焊接，得到首个自耗电极即可，并在自耗电极的熔炼过程中添加其他熔炼投料，通常为尺寸相对较小的残料，很大程度上缩短了工艺流程，降低工艺成本，提高制备效率。通常，本专利技术的焊接制备自耗电极过程中要做好氧化防护，焊后检查自耗电极焊缝表面应无氧化物、夹杂等缺陷，并采用打磨处理上述缺陷，以避免对残料电极中的化学成分产生影响。
[0016]本专利技术在各次熔炼制备得到各残料电极、各残料锭后均进行机加平头处理，以便于下次熔炼前的头部焊接，无需扒皮处理，而对N次残料锭进行机加扒皮去头尾，以去除所有表面包括上、下端面和圆柱体面的夹杂、氧化皮等缺陷，并对机加后的N次残料锭进行取样化学成分检测，以保证满足目的产物锆或锆合金残料锭的技术指标要求以及不同位置处各化学成分均匀性要求。
[0017]上述的一种锆或锆合金残料锭高效熔炼方法，其特征在于，步骤一中所述锆或锆合金残料包括熔炼添加用残料和自耗电极制备用残料，且熔炼添加用残料包括块状、管状、板状、椎状、棒状、异形状和屑状残料，最大轮廓尺寸小于步骤三中所述熔炼坩埚直径的
70％，自耗电极制备用残料为规则外形、大规格的块状、管状或棒状残料；所述经酸洗后的锆或锆合金残料经表面检查无残留氧化物、夹杂等缺陷，且采用X射线荧光光光谱仪器进行成分筛查后剔除主成分偏差超过目标值15％的残料，所述成分筛查的抽检量不小于70％。
[0018]上述的一种锆或锆合金残料锭高效熔炼方法，其特征在于，步骤二中所述焊接的过程为：采用炉外氩弧焊焊接或等离子焊接，或者先采用炉外氩弧焊初步焊接再在等离子焊箱内进行加固焊接，得到自耗电极，且自耗电极的外圆直径为步骤三中熔炼坩埚直径的50％～90％，长度为步骤三中熔炼炉室长度的20％～80％。
[0019]上述的一种锆或锆合金残料锭高效熔炼方法，其特征在于，步骤四中所述n次熔炼工艺采用的坩埚尺寸及n次次数根据熔炼过程中添加的熔炼投料量和n次残料电极的规格确定，所述坩埚尺寸为直径Ф280mm～Ф650mm，所述每次熔炼过程中熔化自耗电极与添加的小规格熔炼投料重量比不小于1，添加的小规格熔炼投料的高度小于坩埚直径的1.5倍，且自耗电极形成的金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锆或锆合金残料锭高效熔炼方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、将锆或锆合金残料依次分切、脱脂和酸洗，然后经尺寸、表面检查及成分筛查合格，得到熔炼投料；步骤二、从步骤一中得到的熔炼投料中选择大规格且尺寸、成分匹配的熔炼投料进行焊接，得到自耗电极；步骤三、将步骤二中得到的自耗电极放置于规格匹配的熔炼坩埚内后装入熔炼炉室，并在熔炼坩埚内添加步骤一中得到的熔炼投料中的小规格熔炼投料，然后按照设计的熔炼工艺参数进行真空自耗熔炼，且熔炼过程中多次间断停炉并添加小规格熔炼投料参与熔炼，使得自耗电极形成的金属液包覆添加的小规格熔炼投料，直至自耗电极消耗完全，停炉冷却后出炉，经机加平头处理和表面清洗，得到一次残料电极；所述设计的熔炼工艺参数包括电流、电压、真空度、压升率和冷却时间；步骤四、将步骤三中得到的一次残料电极重复步骤三中的熔炼工艺和机加平头处理、表面清洗工艺，总计进行n次熔炼工艺和机加平头处理、表面清洗工艺，得到n次残料电极，其中1≤n≤5；步骤五、将一个步骤四中得到的n次残料电极或者多个步骤四中得到的n次残料电极组合焊接后作为残料自耗电极放置于规格匹配的熔炼坩埚内装入熔炼炉室，然后按照设计的熔炼工艺参数进行真空自耗熔炼，停炉冷却后出炉，经机加平头处理和表面清洗，得到一次残料锭；所述设计的熔炼工艺参数包括电流、电压、真空度、熔炼速度、压升率和冷却时间；步骤六、将步骤五得到的一次残料锭重复步骤五中的熔炼工艺和机加平头处理、表面清洗工艺，总计进行N次熔炼工艺和机加平头处理、表面清洗工艺，得到N次残料锭，其中1≤N≤4；步骤七、将步骤六中得到的N次残料锭进行机加扒皮、锯头尾，然后经表面质量目视检查和取样化学成分检测合格，得到锆或锆合金残料锭。2.根据权利要求1所述的一种锆或锆合金残料锭高效熔炼方法，其特征在于，步骤一中所述锆或锆合金残料包括熔炼添加用残料和自耗电极制备用残料，且熔炼添加用残料包括块状、管状、板状、椎状、棒状、异形状和屑状残料，最大轮廓尺寸小于步骤三中所述熔炼坩埚直径的70％，自耗电极制备用残料为规则外形、大规格的块状、管状或棒状残料；所述经酸洗后的锆或锆合金残料经表面检查无残留氧化物、夹杂等缺陷，且采用X射线荧光光光谱仪器进行成分筛查后剔除主成分偏差超过目标值15％的残料，所述成分筛...

【专利技术属性】
技术研发人员：范清松，田锋，周军，刘海明，石明华，严宝辉，李宇力，崔顺，孙涛涛，
申请(专利权)人：西部新锆核材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：