[发明专利]一种铀锆合金切屑的快速回收装置及工艺

说明书

技术领域

本发明属于冶金的技术领域，更具体地讲，涉及一种铀锆合金切屑的快速回收装置及工艺。

背景技术

铀锆合金其具有优良核性能、高熔点、抗腐蚀性等特征，是核反应堆的燃料包壳优选材料。

在铀锆合金加工过程中会产生较多切屑等放射性废物，造成原材料的大量浪费以及对环境的污染，目前国内外铀屑的回收以感应熔炼为主，设备在运行时消耗大量的能量，熔炼过程中会发生材料和能源浪费，并存在安全风险性问题。

近年来，微波熔炼以加热速度快、工艺时间短、能耗低、对环境危害小等优点引起了人们的广泛关注。

发明内容

为了解决以上技术缺陷，本发明旨在提供一种利用微波熔炼进行铀锆合金切屑快速回收的装置和工艺。

本发明的一方面提供了铀锆合金切屑的快速回收装置，所述快速回收装置与微波高温高真空炉配合使用，所述快速回收装置包括加热坩埚、保温套和填充在所述加热坩埚与保温套之间的辅热层，其中，所述加热坩埚由重结晶SiC陶瓷制成且内表面涂覆有锆酸钙涂层，所述保温套由Al₂O₃制成，所述辅热层由ZrO₂颗粒或重结晶SiC片组成。

根据本发明铀锆合金切屑的快速回收装置的一个实施例，所述保温套包括套筒和顶盖，所述顶盖上开有测温孔。

根据本发明铀锆合金切屑的快速回收装置的一个实施例，所述加热坩埚的内径与壁厚的比值为12:1～10:1，所述锆酸钙涂层的厚度为0.05～0.15mm。

根据本发明铀锆合金切屑的快速回收装置的一个实施例，所述加热坩埚的外径与保温套的内径的比值为1:1.5～1:2。

根据本发明铀锆合金切屑的快速回收装置的一个实施例，所述辅热层的填充高度与加热坩埚的顶端齐平，所述ZrO₂颗粒的粒度为2～10mm，重结晶SiC片的厚度为5～15mm。

本发明的另一方面提供了一种铀锆合金切屑的快速回收工艺，采用上述铀锆合金切屑的快速回收装置进行铀锆合金切屑的回收。

根据本发明铀锆合金切屑的快速回收工艺的一个实施例，包括依次进行的切屑清洗、装炉、熔炼和出炉；

在熔炼的步骤中，在真空度高于5×10^-2Pa的真空条件下进行微波熔炼，包括以下子步骤：

控制加热功率以Y/10～Y/4W/min的速率增加至最大加热功率Y；

保持所述最大加热功率Y，直至铀锆合金切屑的温度达到T_熔；

待铀锆合金切屑完全熔化后，控制加热功率降低至0.6Y～0.8Y，保温10～30min，冷却至室温后出炉得到铀锆合金锭；

其中，T_熔为铀锆合金切屑的熔点，℃；Y为最大加热功率，W；Y与加热坩埚的内径Ф₁(mm)的比值为10:1～100:1。

根据本发明铀锆合金切屑的快速回收工艺的一个实施例，在切屑清洗的步骤中，采用碱水、三氯乙烯、酒精的三道次清洗方式对铀锆合金切屑进行清洗并在清洗之后将铀锆合金切屑干燥后压成铀锆合金切屑团；在装炉的步骤中，将所述铀锆合金切屑团装入快速回收装置的加热坩埚中，将快速回收装置放入微波高温高真空炉内，合炉后抽真空。

根据本发明铀锆合金切屑的快速回收工艺的一个实施例，在出炉的步骤中，待铀锆合金锭降温至室温后，通入干洁空气并待真空度低于5×10³Pa后再次抽真空，待真空度达到10～100Pa后重新通入干洁空气，如此反复2～5次后开炉取出铀锆合金锭。

根据本发明铀锆合金切屑的快速回收工艺的一个实施例，熔炼温度在室温～(0.6-0.7)T_熔前不断提高加热功率，(0.6-0.7)T_熔～T_熔保持加热功率不变，熔化后铀锆合金切屑的温度保持在1.05T_熔～1.1T_熔。

本发明采用微波加热方式对铀锆合金切屑进行熔炼回收，加热速率快，与其他熔炼方式和装置相比，可明显降低加热使用功率并将熔炼所需时间减少一半以上，因此可减少能源的浪费，降低铀锆合金回收过程中造成的污染。此外，本发明设计简单，具有良好的加热和保温性能，加热坩埚、辅热层和保温套取材容易，制备价格较低，在熔炼过程中耐急冷急热，安全性较好。本发明方法和装置不仅可满足铀锆合金切屑的熔炼回收，也适用于其他金属材料的废料回收和合金化熔炼，具有较广的适用范围。

附图说明