Плавильный тигель

Изобретение относится к металлургии, а именно к устройствам для плавления и литья урана и его сплавов. Плавильный тигель выполнен из графита с внутренней оболочкой из тантала, имеющей покрытие из тугоплавкого оксида. В донной части тигля выполнено сливное отверстие, перекрываемое стопором, и углубление, в котором установлена съемная перфорированная подложка из тантала с покрытием из тугоплавкого оксида. Стопор имеет защитное ограждение из танталовых стержней, фиксирующих съемную перфорированную подложку и выполненных с покрытием из тугоплавкого оксида. Конструкция плавильного тигля позволяет исключить опасность механических повреждений сливного устройства в период загрузки и расплавления кусковой массы металла. Выполнение контактирующих с расплавом поверхностей из тантала с покрытием из тугоплавкого оксида обеспечивает расширение температурного диапазона плавок и повышение ресурса работы плавильного тигля. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам, используемым в металлургии, а именно к устройствам для плавления и литья урана и его сплавов.

Известен плавильный тигель, в донной части которого, имеющей воронкообразную форму, размещена сетка и выполнено отверстие для слива расплава в изложницу (патент Великобритании №864576, опубликован 06.04.1961).

Исходный брусок урана помещают на сетку и расплавляют при пониженном давлении. В процессе плавления пленка, образованная поверхностными загрязнениями, разрывается и плавящийся уран постепенно стекает через сливное отверстие в изложницу, освобождаясь от летучих загрязнений, при этом нелетучие загрязнения, такие как окисные и фторидные шлаковые пленки, плавящиеся при температурах, значительно превышающих температуру плавления урана, остаются на сетке в виде шлака.

Недостатком известного плавильного тигля является несовершенство сливного устройства, приводящее к необходимости поддерживать соответствующую температуру в изложнице для обеспечения требуемого качества отливки, что в свою очередь снижает ресурс ее эксплуатации и повышает энергозатраты. При больших массах плавки указанные недостатки усугубляются необходимостью длительного поддержания высокотемпературного режима изложницы, так как отклонения температурного режима приводят к дефектам в отливках.

Жесткие требования к физико-механическим свойствам отливок, к которым относятся отсутствие дефектов и несплошностей в изделиях, однородность химического состава, обеспечили развитие и усовершенствование аппаратурного оформления процесса плавки и литья урана и его сплавов.

Были разработаны тигли, особенностью которых является наличие специального устройства, обеспечивающего слив металла в любой требуемый момент, но в то же время надежно герметизирующего тигель во время плавки.

Известен плавильный тигель с донным сливом металла и верхним стопором [Бирюков С.И. Метелкин Ю.А. Плавка и литье урана и его сплавов. - М.: Энергоатомиздат, 1983, стр.29-30, рис.9в], принятый в качестве прототипа. Сливное отверстие в дне тигля плотно запирается стопором, установленным внутри тигля. Уплотнение стопора и кольцевой зоны сливного отверстия обеспечивается притиркой.

Недостатком прототипа является большая вероятность повреждения стопорного устройства, особенно при загрузке и плавлении крупнокускового материала, что приводит к нарушению герметичности тигля и протечкам расплава в изложницу и, как следствие, к дефектам в получаемой отливке.

Задачей изобретения является устранение вышеуказанного недостатка.

Решение поставленной задачи достигается тем, что плавильный тигель с донным сливным отверстием и верхним стопором снабжен защитным ограждением стопора, обеспечивающим фиксацию съемной перфорированной подложки, установленной в донной части тигля.

Плавильный тигель выполнен из графита с внутренней оболочкой из тантала, имеющей покрытие из тугоплавкого оксида.

Защитное ограждение стопора выполнено из танталовых стержней с покрытием из тугоплавкого оксида.

Перфорированная подложка выполнена с опорным бортиком, соответствующим по высоте углублению, предусмотренному в дне тигля.

Перфорированная подложка выполнена из тантала с покрытием из тугоплавкого оксида.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез плавильного тигля и индукционной вакуумной печи; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Предлагаемый плавильный тигель содержит графитовый корпус 1 с внутренней оболочкой из тантала 2, имеющей покрытие из стабилизированного диоксида циркония толщиной 0,15-0,3 мм. В донной части тигля предусмотрено углубление, в котором на опорных бортиках установлена съемная перфорированная подложка 9. В центре донной части тигля выполнено сливное отверстие, взаимодействующее по сферической поверхности со стопором 3, прикрепленным к тяге 4. Ограждение 5 стопора выполнено из танталовых стержней 8, закрепленных верхними концами на кольце 6, а нижними - в отверстиях подложки 9. Поверхности стопора, подложки и стержней, контактирующие с расплавом, имеют покрытие из стабилизированного диоксида циркония.

Плавильный тигель снабжен крышкой 7 и термопарой 10, установлен на изложнице 11 и размещен в индукционной вакуумной печи 12.

Проведение процесса в заявляемом тигле представлено на примере рафинировочной плавки урана, обедненного по содержанию изотопа U235.

При подготовке тигля к плавке в нем устанавливают стопор 3 и ограждение стопора с перфорированной подложкой 9. При установке стопора обеспечивают надежное уплотнение притиркой сферической поверхности стопора и сферической зоны сливного отверстия. В тигель загружают обедненный уран в виде слитков или кусков. Во время загрузки подложка 9 и ограждение 5 стопора обеспечивают надежную защиту сливного устройства от механических повреждений.

Затем плавильный тигель закрывают крышкой и нагревают до температуры 1400°С. В первую очередь плавятся слитки и куски, расположенные ближе к стенке тигля, образуя внизу жидкую ванну. Далее начинают плавиться слитки и куски, расположенные в центре тигля, при этом верхние слитки из-за неустойчивого положения падают вниз. На этом этапе плавки предлагаемая конструкция также устраняет опасность механического повреждения сливного устройства. После полного расплавления уран выдерживают для удаления летучих примесей. Температуру расплава контролируют термопарой погружения 10. По завершении выдержки поднимают стопор 3 тягой 4, сливное отверстие открывается и уран сливается в изложницу 11. По мере слива урана нелетучие загрязнения, такие как окисные шлаковые пленки, плавящиеся при температурах, значительно превышающих температуру плавления урана, остаются на перфорированной подложке в виде шлака, который удаляют с подложки после ее извлечения из тигля и направляют на переработку.

Предлагаемая конструкция плавильного тигля позволяет исключить опасность механических повреждений сливного устройства в период загрузки и расплавления кусковой массы металла. Выполнение контактирующих с расплавом поверхностей из тантала с покрытием из тугоплавкого оксида обеспечивает расширение температурного диапазона плавок и повышение ресурса работы плавильного тигля, что компенсирует значительную первоначальную стоимость тигля.

1. Плавильный тигель с донным сливным отверстием и стопором, отличающийся тем, что он снабжен съемной перфорированной подложкой, размещенной в донной части тигля, и защитным ограждением стопора, фиксирующим съемную перфорированную подложку.

2. Плавильный тигель по п.1, отличающийся тем, что он выполнен из графита с внутренней оболочкой из тантала, имеющей покрытие из тугоплавкого оксида.

3. Плавильный тигель по п.1 или 2, отличающийся тем, что защитное ограждение стопора выполнено из танталовых стержней с покрытием из тугоплавкого оксида.

4. Плавильный тигель по п.1, отличающийся тем, что в дне тигля выполнено углубление, в котором установлена съемная перфорированная подложка, при этом подложка выполнена с опорным бортиком, соответствующим высоте углубления.

5. Плавильный тигель по любому из пп.1, 2 или 4, отличающийся тем, что перфорированная подложка выполнена из тантала с покрытием из тугоплавкого оксида.