一种有效去除铀金属中杂质的装置和方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105950878A(43)申请公布日2016.09.21(21)申请号201610261677.X(22)申请日2016.04.26(71)申请人中国工程物理研究院材料研究所地址621700四川省绵阳市江油市华丰新村9号(72)发明人陈道明李鱼飞苏斌胡贵超魏怡芸马荣阳家文曾刚(74)专利代理机构成都九鼎天元知识产权代理有限公司51214代理人钟莹洁(51)Int.Cl.C22B9/02(2006.01)C22B60/02(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图2页(54)发明名称一种有效去除铀金属中杂质的装置和方法(57)摘要本发明公开了一种有效去除铀金属中杂质的装置和方法，所述装置包括电子束熔炼炉和设置在所述电子束熔炼炉的炉室中的熔炼坩埚，所述熔炼坩埚包括水冷铜坩埚和套装在所述水冷铜坩埚外周的石墨环，其中，所述水冷铜坩埚具有熔炼腔并且所述熔炼腔呈半球形。上述方法采用上述有效去除铀金属中杂质的装置进行，并且所述方法包括装炉、预热、熔炼、出炉等多个步骤，最终制得低杂质铀锭。CN105950878ACN105950878A权利要求书1/2页1.一种有效去除铀金属中杂质的装置，其特征在于，所述装置包括电子束熔炼炉和设置在所述电子束熔炼炉的炉室中的熔炼坩埚，所述熔炼坩埚包括水冷铜坩埚和套装在所述水冷铜坩埚外周的石墨环，其中，所述水冷铜坩埚具有熔炼腔并且所述熔炼腔呈半球形。2.根据权利要求1所述的有效去除铀金属中杂质的装置，其特征在于，所述熔炼腔的深度为熔炼腔的半径的0.4～0.8倍，所述熔炼腔的内表面经抛光处理且表面粗糙度达到Ra0.8，所述水冷铜坩埚的高度为熔炼腔的深度的1.5～2.5倍，所述水冷铜坩埚的外径与熔炼腔的直径的差值为20～50mm。3.根据权利要求1所述的有效去除铀金属中杂质的装置，其特征在于，所述水冷铜坩埚具有圆柱体的外形，所述石墨环包括若干层在高度方向上叠置的石墨圈并且所述石墨环高出水冷铜坩埚的上沿20～50mm，所述石墨圈由两个以上的扇形石墨块拼接而成，不同层石墨圈之间的扇形石墨块错位布置。4.根据权利要求3所述的有效去除铀金属中杂质的装置，其特征在于，所述石墨环的厚度为20～50mm，所述石墨环的内径与水冷铜坩埚的外径相同，所述石墨环的外径为石墨环的内径的2～5倍，所述石墨环的灰分含量不大于0.08％且气孔率不大于22％。5.一种有效去除铀金属中杂质的方法，其特征在于，采用权利要求1至4中任一项所述的有效去除铀金属中杂质的装置进行，并且所述方法包括以下步骤：A、装炉：将铀金属原料清洗后装入所述水冷铜坩埚的熔炼腔中并在水冷铜坩埚的外周套装石墨环；B、预热：将电子束熔炼炉抽真空，在真空条件下开启电子枪的高压和束流，调节电子枪功率和电子束的束斑直径并将电子束扫描铀金属原料表面进行预热，保持铀金属原料不被电子束熔化；C、熔炼：逐步增加电子枪功率，待铀金属原料完全熔化后稳定电子枪功率并保温，保温结束后缓慢降低电子枪功率并停止电子束轰击；D、出炉：向电子束熔炼炉中通入干洁空气并置换炉内气氛，待铀金属原料降温至室温后取出得到一次铀锭，去除所述一次铀锭的上端面表皮得到低杂质铀锭。6.根据权利要求5所述的有效去除铀金属中杂质的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述低杂质铀锭底端朝上重新装炉并重复步骤A至D直至获得二次铀锭或多次铀锭的提纯步骤，去除所述二次铀锭或多次铀锭的上端面表皮和下端面表皮，得到更低杂质铀锭，其中，去除所述二次铀锭或多次铀锭的上端面表皮和下端面表皮各1～5mm。7.根据权利要求5所述的有效去除铀金属中杂质的方法，其特征在于，抽真空后，控制炉室真空度达到5×10-2Pa且电子枪室真空度达到2×10-3Pa；在熔炼过程中，将炉室真空度保持在10-2～10-3Pa级且电子枪室真空度保持在10-3～10-4Pa级。8.根据权利要求5所述的有效去除铀金属中杂质的方法，其特征在于，在步骤B中，以1～5kW/min的提升速率调节电子枪功率到10～30kW，并调整电子束的束斑直径使其与铀金属原料的边缘相切，均匀扫描铀金属原料表面并控制预热时间为2～5min。9.根据权利要求5所述的有效去除铀金属中杂质的方法，其特征在于，在步骤C中，先控制电子枪功率(kW)与熔炼腔的半径(mm)的比值为1:1～2:1，待铀金属原料完全熔化后继续升高电子枪功率并控制电子枪功率(kW)与熔炼腔的半径(mm)的比值为3:1～4:1，保持2～10min后降低电子枪功率并调整电子枪功率(kW)与熔炼腔的半径(mm)的比值至2:1～3:12CN105950878A权利要求书2/2页后，保温20～40min后以5～20kW/min的速率降低电子枪功率直至停止电子束轰击，其中