[发明专利]一种百吨级乏燃料贮运一体化金属容器的铸造方法

说明书

本发明涉及乏燃料贮运一体化金属容器的技术领域，具体为百吨级乏燃料贮运一体化金属容器的造型工艺方法及铁砂组合铸型，尤其是为百吨级乏燃料贮运一体化金属容器的铸造方法及所用的铁砂组合铸型。铁模采用球墨铸铁铸造，外模由多部分和一个盖模组成，大坭芯为砂骨架加冷铁，冷铁嵌入型砂中，底部型砂采用呋喃树脂砂，造型完成后进行微震紧实，然后浇注，本工艺制定了专用工艺参数和工艺方法，使用浇注系统和过滤系统分离铸铁液中的一次氧化渣，并减少铸铁液与空气、铸型的化学反应，减少二次氧化渣，使铸件在凝固过程中石墨化膨胀充分抵消液态收缩和凝固收缩，消除缩孔和缩松。

技术领域

本发明涉及乏燃料贮运一体化金属容器的技术领域，具体为百吨级乏燃料贮运一体化金属容器的造型工艺方法及铁砂组合铸型，尤其是为一种百吨级乏燃料贮运一体化金属容器的铸造方法。

背景技术

目前，国内核电站的乏燃料一般暂存在反应堆保存水池中，随着运行时间的增加、换料次数的增多，保存水池的贮存能力日趋饱和，已经不能存放更多的乏燃料，急需使用乏燃料贮运容器将冷却到一定年限的乏燃料运往最终处置场，因此国内对大型乏燃料贮运容器的需求也随之加大。截止2014年底已有13座核电站共22台机组运行，正在开工建设的有12座核电站26台机组，根据《核电中长期发展规划(2011-2020)》，到2020年中国核电装机将达到在运5800万kW，在建3000万kW，如此大规模的核电建设必然导致对大型乏燃料运输容器需求的增加。

乏燃料贮运容器是专门用于管理、贮存、运输乏燃料组件的容器，主要有铸铁、锻钢、夹铅(混凝土)几种类型；密封方式多采用内外层顶盖通过螺栓螺柱压紧密封法兰、密封垫片和金属O型圈等。由于其工作环境恶劣，使用寿命要达到40年以上，因此对铸件的内外表面质量和内在组织致密、缩孔、缩松等要求非常高，镍层厚度为500μm—1200μm，筒体的外观不得有超过壁厚的缺陷，不允许焊补，内表面粗糙度要达到Ra1.6—Ra3.2。

另外，为达到使用性能要求，筒体容器材料为球墨铸铁，材料牌号为EN-GJS-400-18-LT；在结构上乏燃料容器铸件为大型复杂件，外轮廓尺寸达到5.2m，壁厚达500mm，重量达120吨。该筒体容器的结构为厚壁筒体。球墨铸铁件虽然使用性能优于其它材料，但在铸造过程中球墨铸铁比其它材料难于控制，球墨铸铁铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现缩孔和缩松，还存在一次渣和二次氧化渣，大型结构复杂、大断面的球墨铸铁件表现得更为严重，极不易达到EN 12680-3:2003中的超声检验(UT)要求和和GB/T 15822.1-2005中的磁粉检验(MT)要求。

乏燃料容器作为球墨铸铁件，由于球墨铸铁必须进行球化处理，会造成铁液中含有大量一次氧化渣，并且在浇注过程中铁液极易和空气、铸型、冷铁进行化学反应，产生二次氧化渣。为减少表面夹渣，但由于生铁等原料的质量问题，并且受到冶炼技术的限制，因此生产大型筒体容器时表面夹渣不易消除，不易达到相应的探伤标准。

发明内容

针对现有技术的乏燃料容器球墨铸铁件易于出现缩孔、缩松、一次渣和二次氧化渣等不足，本发明提供一种百吨级乏燃料贮运一体化金属容器的铸造方法，尤其是使用铁砂组合铸型制作乏燃料容器筒体的铸造方法，并且减少和消除缩松，达到相应的探伤标准。

本发明提及的一种百吨级乏燃料贮运一体化金属容器，主要用于贮存、运输核电站产生的核乏燃料，其产品重量为120吨，容器壁厚为500mm，浇注重量高达150吨。

本发明的技术方案为：

百吨级乏燃料贮运一体化金属容器的铸造方法，采用球墨铸铁铸造，由铁砂组合铸型进行造型，外模由多部分和一个盖模组成，大坭芯为砂骨架加冷铁，冷铁嵌入型砂中，底部型砂采用呋喃树脂砂，造型完成后进行微震紧实，铸铁液进入型腔的浇注速度控制在0.7t/s—1.3t/s，浇注时间控制在120-180s。

进一步的，铸铁液浇注时浇注量为0.9/s。