海绵锆真空熔炼基础研究

发布时间：2020-04-16 23:29

【摘要】：锆、锆合金由于其热中子吸收截面小被广泛应用于核工业。随着近年来国家能源政策的调整,加大了对核能的利用,随之对核级锆材的需求日益增加。海绵锆作为锆工业的基础,是一种工业初级产品。但由于海绵锆本身没有使用加工性能,必须得到成分合格的致密锆材。故海绵锆的熔炼就显得十分重要。为了克服传统VAR炉产品规格小,云南钛业股份有限公司开展了国内首次EB炉熔炼海绵锆工业化生产。由于熔炼后出锭温度高,扒皮切削、取样过程缺乏相应保护措施。造成熔炼锆锭部分杂质元素氧氮氢含量超标,致使后期加工性能不合格;同时生产过程产生大量的切削屑和废料,造成了原料的浪费,产品成材率低。为解决工业生产存在的杂质元素超标现象和废料利用问题。开展小型海绵锆真空熔炼实验,探究了熔炼过程中,熔炼时间、熔炼温度、熔炼过程系统压力对产物成分的影响。结果表明:在现有真空熔炼条件下,对氮元素的脱除没有效果;当熔炼时间由10min增加到30min,过程中氧氮氢的含量都会随着熔炼时间的延长而降低。但当时间超过30min后,三个元素的含量没有明显的降低;随着熔炼过程系统压力的降低,氧氮氢的含量均有明显的下降。且熔炼条件下都获得了表面质量良好的锆锭,验证了出锭温度影响锭子表面质量。并得到了最佳的熔炼参数:1860℃左右,熔炼30min,系统压力0.01～0.1Pa,氩气气氛下冷却。针对实验室熔炼海绵锆存在的一些现象及废料利用问题,开展了相应的实验,探究单一元素(O、N、H)在熔炼条件下的行为,为解决废料的再利用提供理论支持。首先利用锆的氧化物与锆在一定条件下存在蒸气压的差异,利用其挥发速率的不同,使锆中的氧以锆氧化物的形式挥发脱除,从而实现氧的部分脱除。并开展实验探究了温度、时间、系统压力对脱氧效果的影响。其结果表明:在1750K左右,保温时间30min,越低的系统压力越利于氧元素的脱除。在现有实验室条件下,能将锆锭中氧含量从0.098%降至0.057%,实现了 41%氧元素的脱除。其次开展了氢元素行为研究,实验探究了氢锆体系中,锆氢化合生成氢化锆及氢化锆分解的最佳实验参数。其结果表明:400℃,氢气气氛,30min有利于锆氢反应,并生成了单一物相的氢化锆;氢化锆最佳的分解条件为:1100℃左右,30min,系统压力为0.0001～0.001Pa。根据热力学计算和在现有实验室及工业EB炉熔炼条件下,不能实现锆中氮元素的脱除并通过实验验证了这一结论。同时模拟工业生产的环境,开展实验探究了,温度、系统含氮量、时间对锆吸氮的影响。结果表明:高温(1200℃以上)、高的含氮量有利于锆氮反应。最后利用氢化锆的性质,根据所需目标产物粒度合理选择脱氢参数:600℃～1000℃,30min,0.0001～0.OO1Pa。
【图文】：

有红粉色、紫色、棕色、蓝色和绿色。晶体尺寸的范围在意径和长度从几微逡逑米到几厘米，而良好的锆石晶体是四面棱镜结构。锆石有着广泛的形态，同时，它逡逑可以为研宄形成条件和随后的历史提供线索。［１８］［１９］。图１－１展示的是锆石的天然矿逡逑物。逡逑图１－１锆石天然矿物逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｚｉｒｃｏｎ邋ｎａｔｕｒａｌ邋ｍｉｎｅｒａｌｓ逡逑斜锆石矿是一中含游离氧化锆９０％以上的天然矿物原料，同时还含有Ｓｉ0２、Ａｈ0３、逡逑Ｆｅ２0３、Ｔｉ0２等杂质。斜锆石属单斜晶系，矿石为不规则的块状，，颜色呈黄色、褐色逡逑或黑色，矿石密度５．５？６ｇ／ｃｍ３，熔点２５００？２９５０°Ｃ。斜锆石可作为高级耐火材料，逡逑也可用于提炼金属锆，还可以用于制造颜料、化学品、研磨材料和高技术陶瓷。逡逑４逡逑

图１－３世界及各国锆矿、锆精矿产量（以Ｚｒ0２计）逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｗｏｒｌｄ邋ａｎｄ邋ｏｔｈｅｒ邋ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ邋ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ邋ｏｒｅ，邋ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ１．２锆冶金概述逡逑在锆的工业生产发展历程中，２０世纪４０年代卢森堡人克劳尔发明的镁还原四化钛制备海绵钛法对锆Ｘ业生产产生了极大的推进作用，２０世纪中后期人们将克
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF841.4

【参考文献】

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1 康建刚;江W

本文编号：2630161