[发明专利]一种利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法

说明书

本发明公开了一种利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物方法，属于材料高温冶金技术领域。采用水冷铜坩埚高频感应加热炉，水冷铜坩埚内放置待熔材料，高熔点钨管一端预埋入混合物中，钨管另一端连接提升装置。在惰性气氛下熔炼，高频电磁场首先加热氧化物中钨管，钨管通过热传导将周围氧化物和金属混合物熔化形成小熔池。随后启动钨管提升装置，钨管与高温熔池脱离接触，高频电磁场直接加热小熔池并逐渐将全部混合物材料熔化。利用钨管可以成功引熔混合物，并且具有提升功能的钨管能够减少钨与熔体接触时间，避免钨金属进入熔池影响熔体化学组成。

技术领域

本发明涉及材料高温冶金技术领域，具体涉及一种利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法。

背景技术

当核电厂发生堆芯熔化严重事故，在冷却水丧失条件下，UO₂燃料芯块裂变热导致堆芯温度急剧升高，将芯块及外层Zr包壳、508III管板融化，熔融物温度高达2600℃以上。因目前还没有高于2000℃氧化性气氛的电热炉，通常使用水冷坩埚高频感应加热氧化物模拟堆芯熔化事故。室温下UO₂、ZrO₂等氧化物大多为介电体，直接采用高频电磁加热不能将其加热熔化。因此，在水冷坩埚电磁熔化初期，有一个关键引熔氧化物熔化阶段，即需要通过附加热源将部分氧化物加热至一定温度，氧化物自身才可以吸收高频电磁场能量。现有氧化物熔炼是采用MO氧化物中的M金属环作为引熔材料，M金属环在高频电磁场中被加热，并在氧化性气氛下生成MO氧化物。但是这在模拟堆芯熔化研究中存在两个难题，首先氧化程度不可控，导致最终金属在混合物中的比例不确定。此外，在中性或保护性气氛下没有办法实施。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法，通过采用具有提升功能的高熔点钨管并在惰性气氛下成功引熔氧化物和金属粉混合物。

本发明技术方案如下：

一种利用电磁感应加热钨管引熔氧化物和金属混合物的方法，该方法包括如下步骤：

1)准备带有水冷铜坩埚的高频感应加热炉，准备待熔炼材料，待熔炼材料为高熔点氧化物和金属粉的混合物；

2)将待熔炼材料高熔点氧化物和金属粉均匀混合后，放置在水冷铜坩埚中；

3)在坩埚中待熔化材料内放置高熔点钨管，钨管一端预埋入待熔化材料内，钨管另一端连接提升装置；

4)采用电磁感应加热坩埚内的待熔炼材料，电磁加热功率为25-42KW，电源加热频率为250-300KHz，加热过程中，电磁场首先加热预埋入的钨管，钨管再通过热传导将周围材料引熔形成小的熔池；

5)待步骤(4)加热形成小熔池后，启动钨管提升装置，将钨管提升，使其脱离与高温熔池接触，以减少钨金属溶解进入熔池；

6)继续保持电磁感应加热坩埚内材料，在保温功率50-70KW条件下保温15-90分钟；保温过程中，小熔池逐渐扩大，直至坩埚内全部材料熔化。

所述待熔炼材料中，高熔点氧化物为熔点高于2600℃的ZrO2粉、CaO粉和UO2粉等中的一种或几种混合；所述金属为金属粉末或金属颗粒，所述金属为锆、纯铁、316不锈钢和508-III钢等中的一种或几种；所述待熔炼材料中添加的金属占总重量0％～30％。

采用水冷铜坩埚一次感应熔化的所述待熔炼材料为1-10公斤，熔化后形成熔体的温度大于2600℃。

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材料紧密填充。

所述钨管的外径为水冷铜坩埚内径的一半。

步骤(4)-(5)的过程在惰性气氛下进行，以防止钨管氧化，惰性气氛为He气氛、Ar气氛或N₂气氛。