RU2700892C2 - Method for production of ingots out of zirconium alloys based on magnesium-thermal sponge - Google Patents
Method for production of ingots out of zirconium alloys based on magnesium-thermal sponge Download PDFInfo
- Publication number
- RU2700892C2 RU2700892C2 RU2018105420A RU2018105420A RU2700892C2 RU 2700892 C2 RU2700892 C2 RU 2700892C2 RU 2018105420 A RU2018105420 A RU 2018105420A RU 2018105420 A RU2018105420 A RU 2018105420A RU 2700892 C2 RU2700892 C2 RU 2700892C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zirconium
- tablets
- ligature
- ingots
- briquettes
- Prior art date
Links
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 12
- 238000010313 vacuum arc remelting Methods 0.000 claims description 12
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 5
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 5
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 claims description 2
- XLMQAUWIRARSJG-UHFFFAOYSA-J zirconium(iv) iodide Chemical compound [Zr+4].[I-].[I-].[I-].[I-] XLMQAUWIRARSJG-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 2
- QRNPTSGPQSOPQK-UHFFFAOYSA-N magnesium zirconium Chemical class [Mg].[Zr] QRNPTSGPQSOPQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- CGWDABYOHPEOAD-VIFPVBQESA-N (2r)-2-[(4-fluorophenoxy)methyl]oxirane Chemical compound C1=CC(F)=CC=C1OC[C@@H]1OC1 CGWDABYOHPEOAD-VIFPVBQESA-N 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract 1
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 18
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 4
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 239000004173 sunset yellow FCF Substances 0.000 description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N niobium pentoxide Inorganic materials O=[Nb](=O)O[Nb](=O)=O ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000365 skull melting Methods 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/02—Compacting only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/16—Remelting metals
- C22B9/20—Arc remelting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C16/00—Alloys based on zirconium
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в том числе к способам производства слитков сплавов циркония на основе магниетермической губки, и может быть использовано в атомной промышленности.The invention relates to the field of metallurgy, including methods for the production of ingots of zirconium alloys based on a magnetothermic sponge, and can be used in the nuclear industry.
Известен способ производства слитков циркониевых сплавов, при котором на стадии прессования брикетов навеску шихты, состоящую из губки, кусочков иодидного циркония и оборотов в виде стружки, засыпают в пресс-форму в количестве от 50 до 70% от объема на один брикет и проводят предварительную подпрессовку, затем сверху высыпают навеску порошков легирующих элементов и оставшиеся шихтовые материалы, после чего прессуют брикеты. (Патент RU 2365464, опубликован 27.08.2009).A known method of producing ingots of zirconium alloys, in which at the stage of pressing briquettes, a sample of the charge, consisting of sponges, pieces of zirconium iodide and revolutions in the form of chips, is poured into the mold in an amount of 50 to 70% of the volume per briquette and pre-pressed , then a sample of powders of alloying elements and the remaining charge materials are poured from above, after which briquettes are pressed. (Patent RU 2365464, published August 27, 2009).
Недостатком данного способа является неравномерность распределения в объеме брикета добавок легирующих компонентов, что приводит к снижению однородности их распределения в объеме слитка.The disadvantage of this method is the uneven distribution in the volume of the briquette of additives of alloying components, which leads to a decrease in the uniformity of their distribution in the volume of the ingot.
Известен способ производства слитков циркониевых сплавов с использованием стружки от слитков бинарных лигатур, изготовленных металлургическим методом (металлотермия, вакуумно-дуговая или электронно-лучевая гарнисажная плавки). Из лигатурного слитка нарезают стружку, смешивают с губкой циркония и прессуют брикеты, из которых формируют расходуемые электроды, а затем многократным вакуумно-дуговым переплавом выплавляют слитки циркониевых сплавов на основе губки (Патент RU 2313591, опубликован 27.12.2007).A known method of producing ingots of zirconium alloys using shavings from ingots of binary alloys made by the metallurgical method (metallothermy, vacuum arc or electron beam skull melting). Chips are cut from a ligature ingot, mixed with a zirconium sponge and briquettes are pressed, from which consumable electrodes are formed, and then ingots of zirconium alloys based on a sponge are melted by repeated vacuum-arc remelting (Patent RU 2313591, published December 27, 2007).
При производстве слитков циркониевых сплавов с использованием порошков легирующих элементов следует учитывать, что порошки значительно различаются между собой по температуре плавления и физическим свойствам, поэтому изготовление многокомпонентных однородных лигатур методом сплавления затруднено.In the manufacture of zirconium alloy ingots using powders of alloying elements, it should be borne in mind that the powders vary significantly in terms of melting temperature and physical properties, which makes it difficult to fabricate multicomponent homogeneous ligatures by fusion.
Металлургические методы изготовления лигатурных слитков предполагают проведение большого количества дорогостоящих операций, связанных с многократной плавкой, получением стружки и ее последующей подготовкой, что приводит к увеличению длительности цикла производства и повышению себестоимости слитков.Metallurgical methods for manufacturing ligature ingots involve a large number of expensive operations associated with repeated melting, obtaining chips and their subsequent preparation, which leads to an increase in the length of the production cycle and an increase in the cost of ingots.
Также известен способ производства слитков циркониевых сплавов Циркалой-2 и Циркалой-4 на основе губки, содержащих олово, железо и хром, при котором расходуемый электрод для первого вакуумно-дугового переплава формируют следующим образом: дробленую губку смешивают с оборотами в виде стружки, оловом и хромом в виде гранул и железом в виде проволоки. Из навесок шихты прессуют секторы с углом при вершине 120 град., из которых затем собирают цилиндрические брикеты. Расходуемый электрод формируют методом сварки. Слитки получают двукратным вакуумно-дуговым переплавом (Патент US 4164420, опубликован 14.08.1979).There is also known a method of producing ingots of zirconium alloys Zirkaloy-2 and Zirkaloy-4 based on sponges containing tin, iron and chromium, in which a consumable electrode for the first vacuum-arc remelting is formed as follows: the crushed sponge is mixed with turns in the form of chips, tin and chrome in the form of granules and iron in the form of a wire. Sectors with an angle at the top of 120 degrees are pressed from the charge of the charge, from which cylindrical briquettes are then collected. Consumable electrode is formed by welding. The ingots are obtained by double vacuum-arc remelting (US Pat. No. 4,164,420, published 08/14/1979).
При выплавке слитков сплавов типа Циркалой данный способ обеспечивает удовлетворительное распределение легирующих элементов.When smelting ingots of alloys of the type Circular, this method provides a satisfactory distribution of alloying elements.
Однако при производстве слитков из сплавов циркония типа Э110 на основе губки с 1% ниобия и малыми добавками порошков железа и кислорода в виде диоксида циркония или пентаоксида ниобия, равномерно распределить их в брикете при данном способе формирования расходуемого электрода невозможно, так как порошки легирующих элементов просыпаются вниз брикета.However, in the manufacture of ingots from zirconium alloys of type E110 based on a sponge with 1% niobium and small additions of iron and oxygen powders in the form of zirconium dioxide or niobium pentoxide, it is impossible to evenly distribute them in the briquette with this method of forming a consumable electrode, since the powders of alloying elements wake up down briquette.
Кроме того, недостатками данного способа является высокая трудоемкость и длительность процесса формирования расходуемого электрода за счет изготовления брикетов из трех секторов.In addition, the disadvantages of this method is the high complexity and duration of the process of forming a consumable electrode due to the manufacture of briquettes from three sectors.
Известен способ производства слитков из сплавов циркония на основе губки, при котором из предварительно полученной смеси мелкой фракции губки с порошками легирующих элементов прессуют брикет лигатуры небольшого размера, затем его помещают в матрицу пресса и запрессовывают в промышленный брикет, таким же способом изготавливают остальные брикеты, из которых в дальнейшем методом сварки формируют расходуемые электроды для вакуумно-дугового переплава (Патент JP 58161735 A, опубликован 26.09.1983).A known method of producing ingots from zirconium alloys based on a sponge, in which a small size ligature briquette is pressed from a previously obtained mixture of a fine sponge fraction with powders of alloying elements, then it is placed in a press matrix and pressed into an industrial briquette, the remaining briquettes are made in the same way, from which subsequently are formed by welding method, consumable electrodes for vacuum-arc remelting (Patent JP 58161735 A, published 09/26/1983).
Недостаток данного способа состоит в сложности центровки лигатурных брикетов в промышленных брикетах. При нарушении центровки снижается однородность распределения легирующих элементов в объеме брикета, расходуемого электрода и, соответственно, в объеме слитка.The disadvantage of this method is the difficulty of centering ligature briquettes in industrial briquettes. In case of misalignment, the uniformity of the distribution of alloying elements in the volume of the briquette, consumable electrode, and, accordingly, in the volume of the ingot decreases.
Наиболее близким к заявляемому является способ производства слитков из сплавов циркония на основе губки с оловом и железом, при котором порошки легирующих элементов смешивают с порошком электролитического циркония и прессуют в таблетки лигатуры, затем их помещают в циркониевые трубки того же сплава с последующим их уплотнением, после чего трубки приваривают к образующей брикетов на основе губки (Патент JP 61030637, опубликован 12.02.1986).Closest to the claimed is a method of producing ingots from zirconium alloys based on sponges with tin and iron, in which powders of alloying elements are mixed with electrolytic zirconium powder and pressed into ligature tablets, then they are placed in zirconium tubes of the same alloy with subsequent compaction, after which whereby the tubes are welded to the sponge-based briquette generator (Patent JP 61030637, published 02/12/1986).
Полученную таким образом сборку используют в качестве расходуемого электрода для первого вакуумно-дугового переплава.The assembly thus obtained is used as a consumable electrode for the first vacuum arc remelting.
Недостаток данного метода заключается в необходимости проведения дополнительных технологических операций, включающих помещение прессованных таблеток лигатуры в циркониевые трубки того же сплава и приварку их к образующей брикетов, что удлиняет технологический процесс и увеличивает трудозатраты на производство слитков циркониевых сплавов.The disadvantage of this method is the need for additional technological operations, including placing pressed ligature tablets in zirconium tubes of the same alloy and welding them to the briquette forming, which lengthens the process and increases labor costs for the production of zirconium alloy ingots.
Кроме того, в данном варианте формирования расходуемых электродов в процессе плавки происходит опережающее плавление трубок с таблетками лигатуры по сравнению с центральной частью расходуемого электрода в силу их разной плотности, что приводит к снижению химической однородности в объеме слитка.In addition, in this embodiment of the formation of consumable electrodes during the melting process, the tubes with ligature tablets are advanced in melting compared to the central part of the consumable electrode due to their different densities, which leads to a decrease in chemical uniformity in the volume of the ingot.
Задача заключается в разработке способа введения легирующих элементов, обеспечивающего высокую химическую однородность слитков циркониевых сплавов различного состава на основе магниетермической губки.The task is to develop a method for introducing alloying elements, providing high chemical uniformity of ingots of zirconium alloys of various compositions based on a magnetothermic sponge.
Технический результат - обеспечение высокой химической однородности слитков сплавов циркония на основе магниетермической губки за счет равномерного распределения легирующих элементов в объеме брикетов, расходуемых электродов и слитков.EFFECT: ensuring high chemical uniformity of ingots of zirconium alloys based on a magnetothermic sponge due to uniform distribution of alloying elements in the volume of briquettes, consumable electrodes and ingots.
Технический результат достигается тем, что в способе получения слитков из сплавов циркония на основе магниетермической губки, содержащих тугоплавкие и/или легкоплавкие легирующие элементы, получают таблетки лигатуры, прессуют брикеты из шихты на основе цирконийсодержащих материалов, формируют расходуемые электроды и плавят слиток, причем перед прессованием брикетов полученные таблетки лигатуры равномерно распределяют в шихте путем механического перемешивания, а формирование расходуемого электрода осуществляют путем сварки брикетов между собой.The technical result is achieved in that in the method for producing ingots from zirconium alloys based on a magnetothermic sponge containing refractory and / or low-melting alloying elements, ligature tablets are obtained, briquettes are pressed from a charge based on zirconium-containing materials, the consumable electrodes are formed and the ingot is melted, and before pressing, briquettes obtained ligature tablets are evenly distributed in the mixture by mechanical stirring, and the formation of a consumable electrode is carried out by welding briquettes ov among themselves.
Таблетки лигатуры получают смешиванием и прессованием легирующих компонентов в чистом виде или в виде соединений отдельно или с добавлением по результатам расчета электролитического порошка циркония или губки циркония фракцией не более 2 мм.Ligature tablets are obtained by mixing and pressing the alloying components in pure form or in the form of compounds separately or with the addition of, according to the results of the calculation of the electrolytic zirconium powder or zirconium sponge with a fraction of not more than 2 mm.
В качестве цирконийсодержащих компонентов при прессовании брикетов из шихты используют губку, а также измельченные йодидный цирконий и/или обороты производства.As a zirconium-containing components when pressing briquettes from a mixture, a sponge is used, as well as crushed iodide zirconium and / or production speed.
Рассчитывают необходимое количество таблеток лигатуры на один брикет по формулам:Calculate the required number of ligature tablets per briquette according to the formulas:
где mл.к. - масса легирующих компонентов на один брикет, кг;where m l.c. - mass of alloying components per briquette, kg;
mт - масса таблетки лигатуры, размеры которой сравнимы со средней фракцией губки, кг;m t is the mass of the ligature tablet, the dimensions of which are comparable to the average fraction of the sponge, kg;
где mбр - масса одного брикета, кг;where m br - the mass of one briquette, kg;
k - коэффициент пропорциональности, к≤40, сравнивают значения NT1 и NT2 и, в случае получения неравенства NT1<NT2, к смеси порошков легирующих элементов добавляют цирконийсодержащий компонент для изготовления таблеток лигатуры в количестве не менее NT2 на один брикет.k is the proportionality coefficient, k≤40, the values of N T1 and N T2 are compared and, if the inequality N T1 <N T2 is obtained, a zirconium-containing component is added to the mixture of powders of alloying elements for the manufacture of ligature tablets in an amount of at least N T2 per briquette.
Таблетки лигатуры прессуют с удельным давлением прессования не менее 5000 кг/см2 для обеспечения необходимой механической прочности.Ligature tablets are pressed with a specific pressing pressure of at least 5000 kg / cm 2 to provide the necessary mechanical strength.
Для равномерного распределения таблеток лигатуры в шихте используют механический смеситель.A mechanical mixer is used to evenly distribute the ligature tablets in the charge.
Формирование расходуемых электродов осуществляют методом электронно-лучевой сварки.Consumable electrodes are formed by electron beam welding.
Выплавку слитков осуществляют многократным вакуумно-дуговым переплавом.Smelting of the ingots is carried out by multiple vacuum-arc remelting.
Задача решается введением легирующих компонентов в шихту в виде таблеток лигатуры многокомпонентного или бинарного состава. Можно получать таблетки лигатуры любого состава в виде однородной механической смеси порошков легирующих компонентов с добавлением к этой смеси цирконийсодержащего компонента.The problem is solved by introducing alloying components into the mixture in the form of tablets of a master alloy of a multicomponent or binary composition. You can get ligature tablets of any composition in the form of a homogeneous mechanical mixture of powders of alloying components with the addition of a zirconium-containing component to this mixture.
При значениях коэффициента пропорциональности к>40 не достигается необходимая химическая однородность шихты за счет недостаточного количества таблеток лигатуры.When the proportionality coefficient k> 40, the necessary chemical uniformity of the mixture is not achieved due to the insufficient number of ligature tablets.
Однородность смеси порошков легирующих компонентов достигается за счет перемешивания в механическом смесителе.The homogeneity of the mixture of powders of the alloying components is achieved by mixing in a mechanical mixer.
По результатам экспериментальных исследований зависимости механической прочности таблеток лигатуры от удельного давления прессования установлено, что для получения их достаточных прочностных характеристик удельное давление должно составлять не менее 5000 кг/см2. При меньшем значении удельного давления в процессе перемешивания с цирконийсодер-жащим материалом поверхность таблеток лигатуры осыпается и они разрушаются, что приводит к снижению химической однородности брикетов и, как следствие, выплавляемого слитка.According to the results of experimental studies of the dependence of the mechanical strength of the ligature tablets on the specific pressing pressure, it was found that, in order to obtain sufficient strength characteristics, the specific pressure should be at least 5000 kg / cm 2 . At a lower value of specific pressure during mixing with zirconium-containing material, the surface of the ligature tablets crumbles and they break, which leads to a decrease in the chemical uniformity of the briquettes and, as a result, the smelted ingot.
Для получения однородной смеси шихты, состоящей из губки циркония, таблеток лигатуры и/или йодидного циркония, и/или циркониевых оборотов производства применяется механический смеситель.To obtain a homogeneous mixture of a mixture consisting of a zirconium sponge, ligature tablets and / or zirconium iodide, and / or zirconium production turns, a mechanical mixer is used.
Процесс выплавки слитков сплавов циркония на основе губки, согласно разработанному способу, осуществляли следующим образом: из тройной шихты состава: 70% - губки и таблеток лигатуры, 17% - йодидного циркония, 13% - оборотов сплава Э110 о.ч. методом двукратного вакуумно-дугового переплава получали слиток сплава Э110 о.ч. Требования к содержанию легирующих элементов в слитке данного сплава: ниобий 0,9-1,1 масс.%, железо 0,04-0,07 масс.%, кислород 0,07-0,099 масс.%. Расчетное содержание ниобия составляло 1,03 масс.%, железа - 0,045 масс.% и кислорода - 0,075 масс.%. Для легирования применялись следующие легирующие компоненты: порошки железа и ниобия, диоксид циркония для введения кислорода. Расчет шихты проводился с учетом содержания кислорода и железа в цирконийсодержащих материалах. Таблетки лигатуры представляли собой цилиндры 0 11 мм массой по 5 г каждая, которые были соразмерны со средней фракцией магнийтермической губки (2-25 мм). Масса брикета из цирко-нийсодержащего материала и таблеток лигатуры составила 1,5 кг.Была рассчитана масса легирующих компонентов на брикет, которая составила 21 г.По формулам (1) и (2) было рассчитано количество таблеток на один брикет (NТ1=4,2 шт., NT2=7,5 шт., k=40,0). Анализ результатов расчетов (NT1<NT2) показал, что необходимо добавлять цирконийсодержащий компонент.The process of smelting ingots of zirconium alloys on the basis of a sponge, according to the developed method, was carried out as follows: from a triple charge of the composition: 70% - sponges and tablets of ligature, 17% - iodide zirconium, 13% - revolutions of the alloy E110 o.ch. by the method of double vacuum-arc remelting, an ingot of alloy E110 o.ch. Requirements for the content of alloying elements in the ingot of this alloy: niobium 0.9-1.1 wt.%, Iron 0.04-0.07 mass%, oxygen 0.07-0.099 mass%. The calculated content of niobium was 1.03 wt.%, Iron - 0.045 wt.% And oxygen - 0.075 wt.%. The following alloying components were used for doping: iron and niobium powders, zirconium dioxide for introducing oxygen. The calculation of the charge was carried out taking into account the content of oxygen and iron in zirconium-containing materials. The ligature tablets consisted of cylinders 0 11 mm with a mass of 5 g each, which were proportional to the average fraction of the magnesium thermal sponge (2-25 mm). The mass of the briquette made of zirconium-containing material and the ligature tablets was 1.5 kg. The mass of alloying components per briquette was calculated, which was 21 g. The number of tablets per briquette was calculated using formulas (1) and (2) (N T1 = 4 , 2 pcs., N T2 = 7.5 pcs., K = 40.0). Analysis of the calculation results (N T1 <N T2 ) showed that it is necessary to add a zirconium-containing component.
Было изготовлено по 4 таблетки лигатуры массой 5,25 г каждая на брикет без добавления цирконийсодержащего компонента (слиток №1) и по 8 таблеток (k=37,5) на брикет с добавлением цирконийсодержащего компонента (слиток №2).4 ligature tablets with a weight of 5.25 g each per briquette without the addition of a zirconium-containing component (ingot No. 1) and 8 tablets (k = 37.5) per briquette with the addition of a zirconium-containing component (ingot No. 2) were made.
Для изготовления таблеток лигатуры использовали: смеситель пересыпного типа «пьяной бочки» марки СМУ-ПБ-Р-100 производства НПО «Россмаш» и таблетировочный пресс KST-1416 (Shanghai Tianxiang & Chen-tai Pharmaceutical Machinery). Удельное давление прессования таблеток составило 5000 кг/см2. Таблетки лигатуры, изготовленные с меньшим удельным давлением прессования, в процессе перемешивания с цирконийсодержащим материалом в смесителе разрушались, и части таблеток лигатуры просыпались на дно смесителя.For the manufacture of ligature tablets, a SMU-PB-R-100 brand of pouring type “drunken barrel” mixers manufactured by Rossmash Scientific Production Association and KST-1416 tablet press (Shanghai Tianxiang & Chen-tai Pharmaceutical Machinery) were used. The specific pressing pressure of the tablets was 5000 kg / cm 2 . Ligature tablets made with a lower specific pressing pressure were destroyed during mixing with zirconium-containing material in the mixer, and parts of the ligature tablets spilled to the bottom of the mixer.
Цирконийсодержащие материалы смешивали с таблетками лигатуры в планетарно-шнековом смесителе марки ПШ-2,5 и из полученной смеси на гидравлическом прессе марки ГП-700 прессовали брикеты ∅80 мм, массой 1,5 кг в количестве 32 штук. Из брикетов методом электронно-лучевой сварки сформировали два расходуемых электрода в электронно-лучевой установке марки ES 1/3/60.Zirconium-containing materials were mixed with ligature tablets in a ПШ-2,5 brand planetary-screw mixer, and еты80 mm briquettes, weighing 1.5 kg in the amount of 32 pieces, were pressed on the GP-700 hydraulic press. Two consumable electrodes were formed from electron-beam welding briquettes in an electron-beam installation of the ES 1/3/60 grade.
Двукратным вакуумно-дуговым переплавом было выплавлено два слитка. Плавка проводилась последовательно в изложницы ∅110 и ∅160 мм в вакуумно-дуговой печи марки ВДП-300. Первый вакуумно-дуговой переплав проводили при силе тока дуги 2 кА.Two ingots were melted by vacuum-arc remelting twice. Melting was carried out sequentially in molds ∅110 and ∅160 mm in a vacuum arc furnace brand VDP-300. The first vacuum-arc remelting was carried out at an arc current of 2 kA.
После токарной обработки слитков первого переплава из них сформировали расходуемый электрод для второго вакуумно-дугового переплава. Второй вакуумно-дуговой переплав проводили при силе тока дуги 3 кА. Масса слитков №1 и №2 второго переплава после токарной обработки составила 45 кг и 44,8 кг.After turning the ingots of the first remelting, they formed a consumable electrode for the second vacuum-arc remelting. The second vacuum-arc remelting was carried out at an arc current of 3 kA. The mass of ingots No. 1 and No. 2 of the second remelting after turning was 45 kg and 44.8 kg.
В таблице 1 показано распределение легирующих элементов по высоте слитков №1 и №2. Слиток №2 обладает высокой химической однородностью по всей высоте слитка, а слиток №1 - только в средней его части.Table 1 shows the distribution of alloying elements along the height of ingots No. 1 and No. 2. Ingot No. 2 has high chemical homogeneity over the entire height of the ingot, and Ingot No. 1 only in its middle part.
В таблице 2 представлено распределение легирующих элементов в поперечном сечении слитков №1 и №2. Слиток №2 имеет высокую химическую однородность во всех исследованных поперечных сечениях, однородность слитка №1 является удовлетворительной.Table 2 shows the distribution of alloying elements in the cross section of ingots No. 1 and No. 2. Ingot No. 2 has high chemical uniformity in all the cross sections studied, the uniformity of Ingot No. 1 is satisfactory.
На основании данных таблиц 1 и 2 можно сделать вывод о высокой химической однородности слитка №2 во всем объеме.Based on the data in tables 1 and 2, it can be concluded that the ingot No. 2 is highly chemically uniform in its entirety.
Таким образом, разработан способ, обеспечивающий высокую химическую однородность слитков циркониевых сплавов на основе магниетермической губки.Thus, a method has been developed that provides high chemical uniformity of ingots of zirconium alloys based on a magnetothermic sponge.
Claims (5)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018105420A RU2700892C2 (en) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | Method for production of ingots out of zirconium alloys based on magnesium-thermal sponge |
| PCT/RU2018/000696 WO2019160439A1 (en) | 2018-02-13 | 2018-10-24 | Method for producing ingots from zirconium alloys based on magnesium-thermic sponge |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018105420A RU2700892C2 (en) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | Method for production of ingots out of zirconium alloys based on magnesium-thermal sponge |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018105420A3 RU2018105420A3 (en) | 2019-08-13 |
| RU2018105420A RU2018105420A (en) | 2019-08-13 |
| RU2700892C2 true RU2700892C2 (en) | 2019-09-23 |
Family
ID=67619362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018105420A RU2700892C2 (en) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | Method for production of ingots out of zirconium alloys based on magnesium-thermal sponge |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2700892C2 (en) |
| WO (1) | WO2019160439A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022255899A1 (en) | 2021-05-31 | 2022-12-08 | Акционерное Общество "Твэл" | Fuel element for a water-cooled water-moderated nuclear reactor |
| RU2800271C1 (en) * | 2022-03-04 | 2023-07-19 | Акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Method for manufacturing ingots of zirconium alloys |
| WO2023167611A1 (en) * | 2022-03-04 | 2023-09-07 | Акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Method for producing ingots of zirconium alloys based on magnesiothermic sponge |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111893311A (en) * | 2020-08-07 | 2020-11-06 | 上海大学 | A device and method for accelerating the removal of impurity elements in electron beam smelting process by using static magnetic field |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4164420A (en) * | 1977-01-07 | 1979-08-14 | Ugine Aciers | Master alloy for the preparation of zirconium alloys |
| JPS58161735A (en) * | 1982-03-19 | 1983-09-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Melting method of titanium alloy or zirconium alloy |
| JPS6130637A (en) * | 1984-07-20 | 1986-02-12 | Hitachi Ltd | Melting method of zirconium alloy or titanium alloy |
| RU2313591C2 (en) * | 2005-12-19 | 2007-12-27 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) | Method for producing zirconium-niobium master alloy |
| RU2365464C2 (en) * | 2007-11-06 | 2009-08-27 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) | Method of manufacture of consumable electrode from sponge metal |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA988748A (en) * | 1973-05-11 | 1976-05-11 | Donald J. Cameron | High strenght corrosion-resistant zirconium aluminum alloys |
-
2018
- 2018-02-13 RU RU2018105420A patent/RU2700892C2/en active
- 2018-10-24 WO PCT/RU2018/000696 patent/WO2019160439A1/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4164420A (en) * | 1977-01-07 | 1979-08-14 | Ugine Aciers | Master alloy for the preparation of zirconium alloys |
| JPS58161735A (en) * | 1982-03-19 | 1983-09-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Melting method of titanium alloy or zirconium alloy |
| JPS6130637A (en) * | 1984-07-20 | 1986-02-12 | Hitachi Ltd | Melting method of zirconium alloy or titanium alloy |
| RU2313591C2 (en) * | 2005-12-19 | 2007-12-27 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) | Method for producing zirconium-niobium master alloy |
| RU2365464C2 (en) * | 2007-11-06 | 2009-08-27 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) | Method of manufacture of consumable electrode from sponge metal |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022255899A1 (en) | 2021-05-31 | 2022-12-08 | Акционерное Общество "Твэл" | Fuel element for a water-cooled water-moderated nuclear reactor |
| RU2800271C1 (en) * | 2022-03-04 | 2023-07-19 | Акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Method for manufacturing ingots of zirconium alloys |
| WO2023167611A1 (en) * | 2022-03-04 | 2023-09-07 | Акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Method for producing ingots of zirconium alloys based on magnesiothermic sponge |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2019160439A1 (en) | 2019-08-22 |
| RU2018105420A3 (en) | 2019-08-13 |
| RU2018105420A (en) | 2019-08-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101701298B (en) | Manufacture method of nuclear grade zirconium-niobium alloy cast ingot | |
| RU2700892C2 (en) | Method for production of ingots out of zirconium alloys based on magnesium-thermal sponge | |
| US3565602A (en) | Method of producing an alloy from high melting temperature reactive metals | |
| CN112011700B (en) | Method for adding zirconium alloy ingot casting alloy elements | |
| CN113802023A (en) | Ti-Al-based titanium alloy slab ingot smelting method capable of reducing Al element volatilization | |
| CN113512657A (en) | Preparation method of high-uniformity boron-containing titanium alloy ingot | |
| DE2137996A1 (en) | Method for introducing a solid metal into a molten metal | |
| US4164420A (en) | Master alloy for the preparation of zirconium alloys | |
| CN111560539A (en) | Preparation method of consumable electrode for smelting TB14 titanium alloy | |
| CN104498770B (en) | A kind of WSTi2815SC Burn-Resistant Titanium Alloys and preparation method thereof | |
| CN104831093A (en) | Zr-2.5Nb alloy casting ingot preparation method | |
| CN107674990A (en) | A kind of preparation method of the titanium alloy of element containing high-melting-point entirety consutrode | |
| CN107217164A (en) | A kind of preparation method of titanium alloy large-sized homogeneous ingot casting | |
| RU2234543C2 (en) | Consumable electrode forming method | |
| CN109055842A (en) | A kind of Ti-Nb intermediate alloy and its preparation method and application | |
| RU2365643C2 (en) | Method of production of ingots of zirconium-columbium alloy microalloyed with iron and oxygen | |
| KR102014330B1 (en) | Additives for improving the castability of aluminum-boron carbide composite material | |
| CN116377283A (en) | Preparation method of titanium-tantalum alloy cast ingot with high tantalum content | |
| RU2555321C2 (en) | Method of production of cast aluminium-matrix composite alloy | |
| RU2365464C2 (en) | Method of manufacture of consumable electrode from sponge metal | |
| RU2796507C1 (en) | Method for obtaining zirconium-niobium alloy | |
| JP7220078B2 (en) | Manufacturing method of melting raw material and manufacturing method of titanium casting material | |
| RU2233895C1 (en) | Method of production of expendable electrodes | |
| RU2302476C2 (en) | Method of production of zirconium-based alloys | |
| RU2167949C1 (en) | Method of producing ingots from alloys based on vanadium with titanium and chromium vacuum arc skull melting |