RU2261287C2 - Apparatus for iodide refining of zirconium - Google Patents
Apparatus for iodide refining of zirconium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2261287C2 RU2261287C2 RU2003132641/02A RU2003132641A RU2261287C2 RU 2261287 C2 RU2261287 C2 RU 2261287C2 RU 2003132641/02 A RU2003132641/02 A RU 2003132641/02A RU 2003132641 A RU2003132641 A RU 2003132641A RU 2261287 C2 RU2261287 C2 RU 2261287C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- loop
- zirconium
- wire
- retort
- metal
- Prior art date
Links
- 238000007670 refining Methods 0.000 title claims abstract description 20
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 53
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 title abstract description 49
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 37
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 5
- CGWDABYOHPEOAD-VIFPVBQESA-N (2r)-2-[(4-fluorophenoxy)methyl]oxirane Chemical compound C1=CC(F)=CC=C1OC[C@@H]1OC1 CGWDABYOHPEOAD-VIFPVBQESA-N 0.000 claims description 2
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 claims 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 5
- XLMQAUWIRARSJG-UHFFFAOYSA-J zirconium(iv) iodide Chemical compound [Zr+4].[I-].[I-].[I-].[I-] XLMQAUWIRARSJG-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 5
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N benzyl N-[2-hydroxy-4-(3-oxomorpholin-4-yl)phenyl]carbamate Chemical compound OC1=C(NC(=O)OCC2=CC=CC=C2)C=CC(=C1)N1CCOCC1=O FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 iodide metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000623 nickel–chromium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- BXNHTSHTPBPRFX-UHFFFAOYSA-M potassium nitrite Chemical class [K+].[O-]N=O BXNHTSHTPBPRFX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 235000010289 potassium nitrite Nutrition 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 235000010288 sodium nitrite Nutrition 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Furnace Details (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения особочистого циркония, в частности к устройствам для получения циркония методом иодидного рафинирования, и может быть использовано также для получения иодидных металлов подгруппы титана.The invention relates to the field of producing highly pure zirconium, in particular to devices for producing zirconium by the method of iodide refining, and can also be used to obtain iodide metals of the titanium subgroup.
Известен аппарат для иодидного рафинирования циркония, выполненный в виде изготовленной из инконеля цилиндрической реторты, закрываемой герметизирующей крышкой. На крышке с наружной стороны закреплены ампула с иодом и вентиль, связывающий внутреннюю полость реторты с системой вакуумирования. Многопетлевая циркониевая проволока (нагреватель) подвешивается вертикально внутри реторты между двумя круглыми металлическими плитами. Петли прикрепляются к пластинам молибденовой проволокой, которая плотно обматывается вокруг нагревателя в местах изгиба и огнеупорных изоляторов, находящихся в отверстиях опорных плит. Концы нити прикрепляются к токоподводам с помощью переходных наконечников. Для уменьшения разворота прутков циркония в процессе иодидного рафинирования циркониевая проволока подвешивается таким образом, что в верхней и нижней части петель формируются горизонтальные участки, придающие жесткость всей подвеске нагревателя.A known apparatus for iodide refining of zirconium, made in the form of a cylindrical retort made of inconel, closed with a sealing lid. An ampoule with iodine and a valve connecting the inner cavity of the retort with the vacuum system are fixed on the outside lid. The multi-loop zirconium wire (heater) is suspended vertically inside the retort between two round metal plates. The hinges are attached to the plates with molybdenum wire, which is tightly wound around the heater in places of bending and refractory insulators located in the holes of the base plates. The ends of the thread are attached to the current leads using transitional tips. To reduce the turn of the zirconium rods during the iodide refining process, the zirconium wire is suspended in such a way that horizontal sections are formed in the upper and lower parts of the loops, which add rigidity to the entire heater suspension.
Сырье для процесса иодидного рафинирования помещается в центральную и периферийную камеры, образованные металлическими сетчатыми экранами и стенками охлаждаемой центральной трубы и реторты аппарата. [Металлургия циркония. Под ред. Г.А.Меерсона. М.: ИЛ, 1959, стр.123-127].Raw materials for the iodide refining process are placed in the central and peripheral chambers formed by metal mesh screens and the walls of the cooled central tube and retort of the apparatus. [Metallurgy of zirconium. Ed. G.A. Meerson. M .: IL, 1959, pp. 123-127].
Процесс иодидного рафинирования циркония в аппарате происходит следующим образом. После герметизации реторту вакуумируют до остаточного давления 0,005 мм рт.ст., затем на нагреватель через токовводы подается электрический ток и в реторту запускается иод. Процесс иодидного рафинирования начинается после разогрева нагревателя (многопетлевой циркониевой проволоки) до температуры 1100-1400°С и при термостатировании реторты в соляной ванне из смеси нитритов и нитратов натрия или калия. При взаимодействии шихты с иодом образуется летучий тетраиодид циркония, который под действием высокой температуры разлагается на раскаленной проволоке на иод и чистый цирконий, в результате осаждения которого на нить диаметр последней увеличивается до расчетного значения, определяемого величиной конечного тока. Температуру нагревателя в процессе иодирования поддерживают постоянной путем регулирования подаваемого на нить напряжения и силы тока и термостатирования стенки реторты в соляной ванне. В течение 30-40 час образуется пруток иодидного циркония диаметром 15-20 мм.The process of iodide refining of zirconium in the apparatus is as follows. After sealing, the retort is evacuated to a residual pressure of 0.005 mm Hg, then an electric current is supplied to the heater through current leads and iodine is launched into the retort. The iodide refining process begins after heating the heater (multi-loop zirconium wire) to a temperature of 1100-1400 ° C and when the retort is thermostated in a salt bath from a mixture of sodium or potassium nitrites and nitrates. The interaction of the charge with iodine results in the formation of volatile zirconium tetraiodide, which decomposes on a hot wire into iodine and pure zirconium, as a result of which deposition on the filament increases the diameter of the latter to the calculated value determined by the value of the final current. The temperature of the heater during the iodization process is kept constant by regulating the voltage and current supplied to the filament and thermostating the retort wall in the salt bath. Within 30-40 hours, a bar of iodide zirconium with a diameter of 15-20 mm is formed.
Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:
1. Частые замыкания многопетлевой циркониевой проволоки (нагревателя) на металлические плиты. Это приводит к досрочной разборке аппарата и потере его производительности.1. Frequent short circuits of multi-loop zirconium wire (heater) on metal plates. This leads to premature disassembly of the device and the loss of its performance.
2. Из-за значительной длины горизонтальных перемычек в верхней и нижней частях нагревателя (многопетлевой циркониевой проволоки) наблюдается неравномерное распределение излучательной энергии по высоте реторты. Следствием этого является неравномерная выработка циркониевого сырья. Перегрев сырья и его наибольшая выработка в верхней и нижней частях аппарата приводят к снижению скорости процесса и, как следствие, уменьшению производительности аппарата.2. Due to the considerable length of the horizontal jumpers in the upper and lower parts of the heater (multi-loop zirconium wire), an uneven distribution of radiative energy along the height of the retort is observed. The consequence of this is the uneven production of zirconium raw materials. Overheating of the raw material and its greatest production in the upper and lower parts of the apparatus lead to a decrease in the speed of the process and, as a result, to a decrease in the productivity of the apparatus.
3. Большое количество некондиционного металла (>5,0%), т.к. горизонтальные участки полученных в процессе иодидного рафинирования прутков не соответствуют техническим условиям на цирконий иодидный по содержанию железа, никеля, титана, являющихся основой материала металлических плит и крышки аппарата. Эти участки вырубаются и характеризуются как брак.3. A large amount of substandard metal (> 5.0%), because the horizontal sections of the rods obtained during the iodide refining process do not correspond to the technical conditions for zirconium iodide in terms of iron, nickel, and titanium, which are the basis of the material of metal plates and the apparatus lid. These sites are cut down and characterized as marriage.
Заявляемое техническое решение направлено на увеличение производительности аппарата для иодидного рафинирования за счет уменьшения количества замыканий циркониевого нагревателя на металлические диски, к которым он крепится, путем уменьшения размера горизонтальных участков петли, что позволяет равномерно распределить площади нагрева внутри аппарата и повысить скорость процесса, а также снизить количество некондиционного по химическому составу металла (брака). Уменьшение длины горизонтальных перемычек способствует также увеличению количества вертикальных участков петель нагревателя, где оседает наиболее чистый цирконий.The claimed technical solution is aimed at increasing the productivity of the apparatus for iodide refining by reducing the number of circuits of the zirconium heater on the metal disks to which it is attached by reducing the size of the horizontal sections of the loop, which allows you to evenly distribute the heating area inside the apparatus and increase the speed of the process, as well as reduce the amount of metal substandard in chemical composition (defective). Reducing the length of the horizontal jumpers also contributes to an increase in the number of vertical sections of the heater loops where the purest zirconium settles.
Технический результат достигается тем, что в конструкцию известного аппарата для иодидного рафинирования циркония, содержащего закрытую герметизирующей крышкой термостатируемую реторту с помещенными внутрь её охлаждаемым стаканом и ограниченными металлическими сетчатыми экранами центральной и периферийной камерами для засыпки исходного сырья, подвешенную посредством крючков на связанном с крышкой верхнем опорном диске электроизолированную от аппарата многопетлевую циркониевую проволоку, петли которой с равномерным окружным шагом расположены в кольцевом зазоре между камерами и растянуты подвешенным к их обращенным вниз вершинам нижним диском, токоподводы, систему вакуумирования, механизм подачи иода в реторту, внесены следующие конструктивные изменения: каждая обращенная вверх вершина петли подвешена к крючку или двум спаренным крючкам верхнего опорного диска посредством электроизоляционного кольца или набора колец, а крючки нижнего диска прикреплены к каждой обращенной вниз вершине петли посредством охватывающего проволоку электроизоляционного кольца с обеспечением длины образующего вершину петли участка, не превышающей двукратного расчетного диаметра готового прутка, при отношении массы нижнего диска к исходной массе проволоки в пределах 2,0-3,0.The technical result is achieved by the fact that in the design of the known apparatus for iodide refining of zirconium containing a thermostatic retort closed with a sealing cover with a cooled glass placed inside it and limited by metal mesh screens of the central and peripheral chambers for filling the feedstock, suspended by means of hooks on the upper support connected to the cover multi-loop zirconium wire electrically insulated from the apparatus, loops of which with a uniform circumferential located in the annular gap between the chambers and extended by a lower disk suspended to their vertices pointing downward, current leads, a vacuum system, an iodine supply mechanism to the retort, the following design changes were made: each upward loop top is suspended from a hook or two paired hooks of the upper support disk by an electrical insulating ring or a set of rings, and the hooks of the lower disc are attached to each downwardly facing top of the loop through an electrical insulating ring enclosing the wire providing lengths forming the vertex portion of the loop is not greater than twice the estimated diameter of the finished rod, with respect to the lower disc weight to the initial weight of the wire within 2.0-3.0.
Крепление многопетлевой циркониевой проволоки (нагревателя) к металлическим дискам посредством электроизоляционных колец позволяет ликвидировать замыкания проволоки на диски и предотвращает досрочную разборку аппаратов, что увеличивает их производительность за цикл.Attaching a multi-loop zirconium wire (heater) to metal disks by means of electrical insulating rings allows you to eliminate short circuits of the wire to disks and prevents premature disassembly of devices, which increases their productivity per cycle.
Уменьшение размера горизонтальной перемычки до размера, не превышающего двукратный диаметр готового циркониевого прутка, позволяет уменьшить количество избыточного металла в верхней и нижней частях аппарата по сравнению со средней частью, увеличить количество вертикальных участков при распределении многопетлевой циркониевой проволоки (нагревателя) по внутренней окружности реторты, равномерно распределить площадь поверхности многопетлевой циркониевой проволоки по длине аппарата, предотвратить выработку сырья в верхней и нижней зонах до окончания процесса иодидного рафинирования, т.е. увеличить скорость процесса и, соответственно, производительность аппарата. Кроме того, при данном способе подвески нагревателя уменьшается количество некондиционного по химическому составу металла (брака), полученного за процесс.Reducing the size of the horizontal jumper to a size not exceeding two times the diameter of the finished zirconium rod allows you to reduce the amount of excess metal in the upper and lower parts of the apparatus compared to the middle part, to increase the number of vertical sections when distributing multi-loop zirconium wire (heater) along the inner circumference of the retort, evenly distribute the surface area of the multi-loop zirconium wire along the length of the apparatus, prevent the production of raw materials in the upper and lower tries to closure iodide refining process, i.e., increase the speed of the process and, accordingly, the productivity of the device. In addition, with this method of suspension of the heater, the amount of metal substandard in the chemical composition (marriage) obtained during the process is reduced.
Увеличение массы нижнего металлического диска, подвешенного к многопетлевой циркониевой проволоке, в 2-3 раза по отношению к начальной массе циркониевой проволоки обеспечивает жесткость подвески, не позволяя пруткам иодидного циркония сильно разворачиваться в процессе иодирования, предотвращая замыкание их на сетки, образующие камеры загрузки шихты чернового циркония на периферии и в центральной части реторты. Кроме того, за счет утяжеления экрана увеличивается длина вертикальных участков многопетлевой циркониевой проволоки под действием высоких температур (1100-1400°С), что приводит к дополнительному увеличению массы кондиционного металла, получаемого за один цикл.An increase in the mass of the lower metal disk suspended from a multi-loop zirconium wire by a factor of 2–3 with respect to the initial mass of the zirconium wire provides suspension stiffness, not allowing the iodide zirconium rods to unfold strongly during iodization, preventing them from shorting to grids forming the charge charge chamber of the draft charge zirconium on the periphery and in the central part of the retort. In addition, due to the weight of the screen, the length of the vertical sections of the multi-loop zirconium wire increases under the action of high temperatures (1100-1400 ° C), which leads to an additional increase in the mass of the conditioned metal obtained in one cycle.
При анализе патентных и научно-технических источников не выявлено технических решений, обладающих всей совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения.When analyzing patent and scientific and technical sources, no technical solutions have been identified that possess the entire set of essential features of the claimed technical solution.
В заявляемом техническом решении только сочетание известных и неизвестных признаков позволяет получить новый положительный эффект, заключающийся в увеличении производительности аппарата и уменьшении количества некондиционного металла (брака), образующегося при комплектации готового иодидного циркония.In the claimed technical solution, only a combination of known and unknown signs allows to obtain a new positive effect, which consists in increasing the productivity of the device and reducing the amount of substandard metal (marriage) formed during the assembly of the finished iodide zirconium.
Заявляемое техническое решение явным образом не следует из уровня техники, т.к. для выявления сложных зависимостей между существенными признаками заявляемого решения с одной стороны, производительностью аппарата и количеством некондиционного металла с другой стороны, а также для оптимизации выявленных зависимостей требуется проведение значительного количества сложных экспериментов.The claimed technical solution does not explicitly follow from the prior art, because to identify complex dependencies between the essential features of the proposed solution on the one hand, the performance of the apparatus and the amount of substandard metal on the other hand, as well as to optimize the identified dependencies, a significant number of complex experiments are required.
Заявляемый аппарат для иодидного рафинирования циркония был испытан в производственных условиях. Вариант конструкции заявляемого аппарата в разрезе представлен на фиг.1. Схемы крепления циркониевой проволоки (нагревателя) к верхнему и нижнему металлическим дискам в прототипе и в заявляемом устройстве представлены на фиг.2 и 3.The inventive apparatus for iodide refining of zirconium has been tested under production conditions. A design variant of the inventive apparatus in the context of is shown in figure 1. The fastening scheme of the zirconium wire (heater) to the upper and lower metal disks in the prototype and in the inventive device are presented in figure 2 and 3.
Устройство было реализовано в промышленном аппарате Ц-40.The device was implemented in the industrial apparatus Ts-40.
Реторта 1 закрывается герметизирующей крышкой 2. На крышке аппарата 2 установлены ампула с иодом 3 и вентиль для подсоединения к вакуумной системе 4. В центральном отверстии крышки 2 зафиксирован, например, сваркой стакан 5 со сплошным дном, который охлаждается, например, воздухом.The retort 1 is closed by a sealing cap 2. An ampoule with iodine 3 and a valve for connecting to the vacuum system 4 are installed on the cover of the apparatus 2. In the central opening of the cap 2, for example, a glass 5 with a continuous bottom is fixed by welding, which is cooled, for example, by air.
Внутри корпуса установлены цилиндрические каркасы из прутков хромникелевого сплава, обтянутые сеткой из проволоки этого же сплава и образующие сетчатые экраны 6. Они расположены соосно корпусу реторты 1. Зазоры между поверхностями сетчатых экранов 6, внутренней поверхностью корпуса реторты 1 и наружной поверхностью стакана 5 предназначены для размещения в них исходной шихты 7.Inside the case, cylindrical frames made of chrome-nickel alloy rods are fitted, covered with a mesh of wire of the same alloy and forming mesh screens 6. They are aligned with the retort housing 1. The gaps between the surfaces of the mesh screens 6, the inner surface of the retort housing 1 and the outer surface of the cup 5 are designed to accommodate in them the initial charge 7.
Каждая петля многопетлевой циркониевой проволоки (нагревателя) 8 подвешивается к верхнему металлическому диску 9 на молибденовом крючке 10 посредством охватывающего проволоку электроизоляционного кольца 11, выполненного из огнеупорного материала. Это позволяет предотвратить замыкание проволоки на верхний металлический диск 9. В зависимости от конечного диаметра готового циркониевого прутка и толщины используемого электроизоляционного кольца для подвески циркониевой проволоки может применяться вместо одного набор из нескольких колец. Также возможен вариант подвески верхней части петли на двух спаренных крючках. Молибденовые крючки 10 прикреплены к изолятору 13, выполненному из того же материала, что и кольца.Each loop of a multi-loop zirconium wire (heater) 8 is suspended from the upper metal disk 9 on a
Нижний металлический диск 14 подвешивается к многопетлевой циркониевой проволоке посредством крючков 10, соединенных с изоляторами 13, и электроизоляционных колец 11. Отношение массы нижнего металлического диска к начальной массе многопетлевой циркониевой проволоки (нагревателя) находится в пределах 2,0-3,0.The
Процесс иодидного рафинирования в заявляемом аппарате ведут следующим образом.The process of iodide refining in the inventive apparatus is as follows.
При снятой крышке 2 шихта 7, например циркониевая губка или стружка, загружается в кольцевой зазор между внутренней поверхностью реторты 1 и сетчатым экраном 6. Снятая с реторты 1 крышка 2 устанавливается дном стакана вверх на специальный стол (не показан) и в кольцевой зазор между стаканом 5 и охватывающим его сетчатым экраном 6 загружается шихта 7, после чего полость закрывается накладкой, изготовленной из хромникелевого сплава (не показана). После переворота крышки 2 с шихтой 6 в отверстия нижнего 14 и верхнего 9 дисков вставляют изоляторы 13 с закрепленными в них молибденовыми крючками 10. На крючки 10 надевают электроизоляционные кольца 11, выполненные из огнеупорного материала, например алунда или шамота. Многопетлевую циркониевую проволоку (нагреватель) натягивают петлеобразно между верхним 9 и нижним 14 металлическими дисками с равномерным окружным шагом, и при длине горизонтального участка петли, не превышающей двукратный расчетный диаметр готового прутка. Подвешенный к крышке 2 петлеобразный нагреватель 8 опускают внутрь реторты 1, после чего крышку 2 герметично крепят к ней с помощью уплотнительных прокладок, например, из специальной резины. Реторту вакуумируют до остаточного давления 0,001 мм рт.ст., после чего вакуумную линию перекрывают и подают иод из ампулы 3. Процесс осаждения циркония осуществляют в диапазоне температур 1100-1400°С. Температуру на нагревателе, выполненном в виде многопетлевой циркониевой проволоки, поддерживают постоянной за счет регулирования подаваемого на него тока и напряжения по заданной вольтамперной кривой и термостатирования наружной стенки реторты 1 и стакана 3, например, воздухом.With cover 2 removed, charge 7, for example a zirconium sponge or shavings, is loaded into the annular gap between the inner surface of the retort 1 and the mesh screen 6. The cover 2 removed from the retort 1 is placed with the bottom of the glass up on a special table (not shown) and in the ring gap between the glass 5 and the mesh screen 6 enclosing it, a charge 7 is loaded, after which the cavity is closed by an overlay made of a nickel-chromium alloy (not shown). After flipping the cover 2 with the charge 6,
Образующийся при взаимодействии шихты с иодом тетраиодид циркония разлагается на проволоке с осаждением на ней чистого циркония, в результате чего происходит постепенное утолщение циркониевой проволоки с образованием прутка иодидного циркония заданного диаметра, который определяется конечным значением тока, проходящего через нагреватель.The zirconium tetraiodide formed during the interaction of the charge with iodine decomposes on a wire with the deposition of pure zirconium on it, resulting in a gradual thickening of the zirconium wire with the formation of a rod of zirconium of a given diameter, which is determined by the final value of the current passing through the heater.
Результаты опытов по прототипу (оп.1 и 2) представлены в таблице 1.The results of the experiments on the prototype (op. 1 and 2) are presented in table 1.
Сравнительные данные прототипа и заявляемого технического решенияTable 1
Comparative data of the prototype and the claimed technical solution
На заявляемом устройстве проводили опыты 3-16 с подвеской многопетлевой циркониевой проволоки в аппарате к верхнему экрану посредством охватывающих молибденовые крючки электроизоляционных колец (одного или нескольких) с различным отношением длины горизонтального участка петли нагревателя к конечной толщине циркониевого прутка (1,0; 2,0; 3,0;) и различным отношением массы нижнего экрана, подвешенного к нити, к начальной массе нагревателя, т.е. циркониевой проволоки (1,8; 2,0; 2,5; 3,0; 3,2). Увеличение массы нижнего экрана позволяет увеличить конечную длину вертикального участка многопетлевой циркониевой проволоки (нагревателя) и, соответственно, площадь поверхности осаждения циркония по сравнению с начальной на 3,2-5,6% за счет линейного растяжения металла под действием высоких температур (1200-1300°С), что увеличивает производительность аппарата для иодидного рафинирования. Анализ результатов, приведенных в таблице, показывает, что заявляемый способ иодидного рафинирования циркония отличается от прототипа более высокой производительностью аппарата и пониженным количеством забракованного металла.On the inventive device, experiments 3-16 were carried out with a multi-loop zirconium wire suspension in the apparatus to the upper screen by means of electrical insulating rings (one or more) covering molybdenum hooks with a different ratio of the length of the horizontal section of the heater loop to the final thickness of the zirconium rod (1.0; 2.0 ; 3.0;) and a different ratio of the mass of the lower screen suspended from the thread to the initial mass of the heater, i.e. zirconium wire (1.8; 2.0; 2.5; 3.0; 3.2). An increase in the mass of the lower screen makes it possible to increase the final length of the vertical section of the multi-loop zirconium wire (heater) and, accordingly, the surface area of the zirconium deposition compared to the initial one by 3.2-5.6% due to the linear tension of the metal under high temperatures (1200-1300 ° C), which increases the performance of the apparatus for iodide refining. Analysis of the results shown in the table shows that the inventive method of iodide refining of zirconium differs from the prototype in a higher productivity of the apparatus and a reduced amount of rejected metal.
По прототипу производительность аппарата Ц-40 составляет 36,5-41,0 кг, а по заявляемому техническому решению 42,8-44,7 кг. Количество некондиционного металла по прототипу составляет 5,32-5,61%, по заявляемому способу 3,41-4,68%.According to the prototype, the performance of the Ts-40 apparatus is 36.5-41.0 kg, and according to the claimed technical solution, 42.8-44.7 kg. The amount of substandard metal according to the prototype is 5.32-5.61%, according to the claimed method 3.41-4.68%.
Оптимальными параметрами заявляемого технического решения являются следующие:The optimal parameters of the proposed technical solution are the following:
- отношение длины горизонтального участка петли нагревателя к конечной толщине прутка не более двух (опыты 6, 7, 9, 10, 12, 13);- the ratio of the length of the horizontal section of the heater loop to the final thickness of the rod is not more than two (
- отношение массы нижнего экрана к массе многопетлевой циркониевой проволоки (нагревателя) - 2,0-3,0 (опыты 6, 7, 9, 10, 12, 13).- the ratio of the mass of the lower screen to the mass of multi-loop zirconium wire (heater) is 2.0-3.0 (
Увеличение отношения длины горизонтального участка петли нагревателя к конечному диаметру циркониевого прутка более двух приводит к увеличению (более 5,0%) количества некондиционного металла при разборке аппарата, т.к. места контакта с кольцом вырубаются и характеризуются как брак, т.е. увеличивается количество некондиционного металла, что уменьшает производительность аппарата.An increase in the ratio of the length of the horizontal section of the heater loop to the final diameter of the zirconium rod more than two leads to an increase (more than 5.0%) in the amount of substandard metal during disassembly of the apparatus, as the contact points with the ring are cut down and characterized as marriage, i.e. the amount of substandard metal increases, which reduces the performance of the device.
Уменьшение отношения массы нижнего экрана к массе многопетлевой циркониевой проволоки (нагревателя) менее 2,0 приводит к уменьшению жесткости подвески нагревателя, развороту прутков в процессе иодидного рафинирования и их замыканию на сетку, удерживающую шихту вдоль стенки реторты аппарата и его центральной части. Это приводит к остановке процесса и уменьшению производительности аппарата (опыты 3-5). Увеличение отношения массы нижнего экрана к массе многопетлевой циркониевой проволоки (нагревателя) до значений более 3,0 приводит к тому, что нагреватель сильно растягивается и разрушается, процесс останавливается, при этом уменьшается производительность аппарата иодидного рафинирования (опыты 15,16).A decrease in the ratio of the mass of the lower screen to the mass of the multi-loop zirconium wire (heater) of less than 2.0 leads to a decrease in the stiffness of the heater suspension, the rotation of the rods during iodide refining, and their closure on the grid holding the charge along the retort wall of the apparatus and its central part. This leads to a halt in the process and a decrease in the productivity of the apparatus (experiments 3-5). An increase in the ratio of the mass of the lower screen to the mass of the multi-loop zirconium wire (heater) to values greater than 3.0 leads to the fact that the heater is greatly stretched and destroyed, the process stops, and the productivity of the iodide refining apparatus decreases (experiments 15, 16).
Заявляемый аппарат иодидного рафинирования циркония был опробован с положительным эффектом в производственных условиях ОАО «ЧМЗ». При этом была увеличена производительность аппарата в среднем на 2,0%, и снизилось количество некондиционного металла (брака по вырубкам) на 0,7-1,2%.The inventive apparatus of iodide refining of zirconium was tested with a positive effect in the production conditions of OJSC "ChMZ". At the same time, the productivity of the device was increased by an average of 2.0%, and the amount of substandard metal (scrap rejects) decreased by 0.7-1.2%.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003132641/02A RU2261287C2 (en) | 2003-11-06 | 2003-11-06 | Apparatus for iodide refining of zirconium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003132641/02A RU2261287C2 (en) | 2003-11-06 | 2003-11-06 | Apparatus for iodide refining of zirconium |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003132641A RU2003132641A (en) | 2005-07-27 |
| RU2261287C2 true RU2261287C2 (en) | 2005-09-27 |
Family
ID=35842947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003132641/02A RU2261287C2 (en) | 2003-11-06 | 2003-11-06 | Apparatus for iodide refining of zirconium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2261287C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2421530C1 (en) * | 2010-04-14 | 2011-06-20 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Procedure for control over process of zirconium iodide refining and system for its implementation |
| RU2532208C2 (en) * | 2012-09-25 | 2014-10-27 | Открытое акционерное общество "Ведущий научно-исследовательски институт химической технологии" | Method for iodide refinement of zirconium and apparatus therefor |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB797689A (en) * | 1954-08-19 | 1958-07-09 | Horizons Titanium Corp | Process of purifying titanium and zirconium |
| US4368072A (en) * | 1979-03-12 | 1983-01-11 | Teledyne Industries, Inc. | Iodide cell vapor pressure control |
| EP0146314A2 (en) * | 1983-12-07 | 1985-06-26 | Hitachi, Ltd. | Method of producing a high-purity metal member |
| WO1989011449A1 (en) * | 1988-05-25 | 1989-11-30 | Randall Lee Scheel | HIGH PURITY Zr AND Hf METALS AND THEIR MANUFACTURE |
| RU2016107C1 (en) * | 1991-07-22 | 1994-07-15 | Производственное объединение "Чепецкий механический завод" | Method of controlling temperature mode of process of iodide refining of zirconium |
| RU2168554C2 (en) * | 1999-06-22 | 2001-06-10 | Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии | Method of refining high-melting metals and alloys |
-
2003
- 2003-11-06 RU RU2003132641/02A patent/RU2261287C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB797689A (en) * | 1954-08-19 | 1958-07-09 | Horizons Titanium Corp | Process of purifying titanium and zirconium |
| US4368072A (en) * | 1979-03-12 | 1983-01-11 | Teledyne Industries, Inc. | Iodide cell vapor pressure control |
| EP0146314A2 (en) * | 1983-12-07 | 1985-06-26 | Hitachi, Ltd. | Method of producing a high-purity metal member |
| WO1989011449A1 (en) * | 1988-05-25 | 1989-11-30 | Randall Lee Scheel | HIGH PURITY Zr AND Hf METALS AND THEIR MANUFACTURE |
| RU2016107C1 (en) * | 1991-07-22 | 1994-07-15 | Производственное объединение "Чепецкий механический завод" | Method of controlling temperature mode of process of iodide refining of zirconium |
| RU2168554C2 (en) * | 1999-06-22 | 2001-06-10 | Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии | Method of refining high-melting metals and alloys |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Металлургия циркония/ Под ред. Г.А. МЕЕРСОНА, М.: ИЛ, 1959, с.123-127. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2421530C1 (en) * | 2010-04-14 | 2011-06-20 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Procedure for control over process of zirconium iodide refining and system for its implementation |
| RU2532208C2 (en) * | 2012-09-25 | 2014-10-27 | Открытое акционерное общество "Ведущий научно-исследовательски институт химической технологии" | Method for iodide refinement of zirconium and apparatus therefor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003132641A (en) | 2005-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR0165750B1 (en) | Vertical furnace for the growth of single crystals | |
| RU2261287C2 (en) | Apparatus for iodide refining of zirconium | |
| CN105531406A (en) | Silicon single crystal puller | |
| US2650254A (en) | Side heater | |
| US4169875A (en) | Method of producing a tubular body of polycrystalline alumina | |
| KR20190120316A (en) | Heat shield member, monocrystalline pulling apparatus and monocrystalline silicon ingot manufacturing method | |
| JP6853445B2 (en) | Heater insulation structure and single crystal manufacturing equipment | |
| JP7611193B2 (en) | Polycrystalline silicon rod, polycrystalline silicon rod and method for producing same | |
| EP1774069B1 (en) | Apparatus for growing single crystals from melt | |
| US3075263A (en) | Apparatus for melting metals | |
| US1905866A (en) | Process of producing yttrium and metals of the yttrium group | |
| RU2784718C1 (en) | Method for producing hafnium by iodide refining | |
| US1676926A (en) | High-frequency furnace | |
| JPS6234717B2 (en) | ||
| DE112012000265T5 (en) | Single crystal manufacturing apparatus and method for producing a single crystal | |
| JP2631591B2 (en) | Semiconductor single crystal manufacturing method and manufacturing apparatus | |
| US20040099210A1 (en) | Single crystal pulling apparatus for a metal fluoride | |
| JPH0834628A (en) | Method for producing high-purity quartz glass crucible | |
| US3342161A (en) | Apparatus for pyrolytic production of semiconductor material | |
| RU2227821C1 (en) | Device for growing sapphire mono-crystals | |
| RU157172U1 (en) | Crucible furnace | |
| CN207244045U (en) | A kind of Czochralski grown tellurium oxide crystal frock | |
| US1728814A (en) | Manufacture of ductile bodies from highly-refractory metals | |
| RU2227822C1 (en) | Device for growing sapphire mono-crystals | |
| WO2024049324A1 (en) | Method for obtaining hafnium using an iodide refining process |