專利名稱：核輻射屏蔽制品材料機(jī)織合金鉛纖維絲及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核輻射防護(hù)生物屏蔽技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
研究表明，核電站的外照射線主要為Y射線，其主要來(lái)自核反應(yīng)的裂變產(chǎn)物和被中子活化的管道及閥門，由于管道中活化腐蝕產(chǎn)物的出現(xiàn)，造成管道中放射性微粒的沉積，使控制區(qū)很多檢修作業(yè)場(chǎng)所環(huán)境劑量偏高，増加了工作人員外照射劑量，一般采用屏蔽來(lái)
解除。因此，在屏蔽材料選擇上力求高效安全、造價(jià)便宜且節(jié)省空間，通常選擇鋼、鉛、普通混凝土和重混凝土等。鋼的強(qiáng)度較好，但價(jià)格較高；混凝土比重金屬便宜，但密度小，屏蔽層厚度大；鉛的優(yōu)點(diǎn)是密度高、熔點(diǎn)低、耐蝕、對(duì)Y射線有良好的吸附性和不易被穿透特性、易于澆注且相對(duì)屏蔽層厚度較小，所以，鉛是首選的屏蔽材料。目前，我國(guó)在運(yùn)行的核電站，控制區(qū)生物屏蔽系統(tǒng)采用的屏蔽制品(鉛衣或鉛屏)主要是滾壓成型的“無(wú)間隙固體金屬塊狀鉛板”，這種金屬鉛板存在鉛當(dāng)量低、適形性能差、產(chǎn)生廢料多、資源利用率不高；產(chǎn)品笨重，導(dǎo)致屏蔽作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作人員受照射時(shí)間長(zhǎng)、劑量大；易造成保溫層變形、下墜，控制區(qū)射線劑量增高，安全系數(shù)低，潛在風(fēng)險(xiǎn)大；不適合管道、閥門等特形設(shè)備和人員的屏蔽；且不易去污，使用壽命短等弊端。因此，鉛板屏蔽制品在屏蔽效果與結(jié)構(gòu)功能上難以兼容，不適應(yīng)核エ業(yè)持續(xù)發(fā)展和以人為本的需要?？购溯椛渖锲帘沃破烦哂休^高的屏蔽效果外，還必須具備良好的物理力學(xué)性能(強(qiáng)韌性、熱穩(wěn)定性等)。據(jù)報(bào)道，當(dāng)前，用于抗核輻射生物屏蔽的材料和制品主要有以下四類。一類是以普通エ業(yè)用鉛為主，滾壓或澆注成型的無(wú)間隙金屬塊狀鉛板、鉛磚、鉛皮混凝土等；第二類是以鉛粉為主，橡膠、聚こ烯發(fā)泡等作為基料混和復(fù)合而成的柔性制品的涂料、膠粘劑等；第三類是以無(wú)間隙金屬塊狀鉛皮作為內(nèi)芯，內(nèi)外層包覆交聯(lián)發(fā)泡材料和合成橡膠錦綸材料制品；第四類是以鉛等重金屬做成空心微珠等輕質(zhì)高強(qiáng)材料。實(shí)踐證明，鉛板、鉛皮制品盡管抗核輻射效果較佳，但搭建屏蔽系統(tǒng)時(shí)使用量大，搭建難度大，工作效率低，產(chǎn)生廢料多，潛在風(fēng)險(xiǎn)大；且鉛板制品適形性差，不能彎折，不適合管道、閥門等特型設(shè)備的屏蔽，操作不慎易掉落傷人或損壞設(shè)備。而鉛粉與橡膠、聚こ烯發(fā)泡材料混和復(fù)合而成的制品、涂料和膠粘劑，雖具有一定的柔性，但由于鉛粉顆粒易積聚，難以在基料中混和均勻，故屏蔽性能不均勻，且鉛當(dāng)量低、橡膠和聚こ烯等易老化，影響屏蔽效果，給工作人員帶來(lái)被輻射的危險(xiǎn)。鉛等重金屬做成的空心微珠輕質(zhì)高強(qiáng)材料，雖抗核輻射性能優(yōu)，但造價(jià)高、成本大，一般用于核能火箭發(fā)動(dòng)機(jī)防核輻射外泄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提出ー種方便進(jìn)ー步制成輕、薄、省材、效果好的成品的核輻射屏蔽制品材料機(jī)織合金鉛纖維絲的生產(chǎn)方法。本發(fā)明方法包括以下步驟
I)熔煉將升溫至沸點(diǎn)；2)加硫除銅將步驟I)取得的熔液降溫至450°C 800°C，再加入占粗鉛錠總質(zhì)量2%的硫，精煉30 50分鐘；使銅物質(zhì)溶祈，降低合金鉛中的銅的含量。3)加堿精煉除神、錫和銻將步驟2)取得的熔液升溫至1600 1800°C，加入占粗鉛錠總質(zhì)量10%的堿,精煉60 80分鐘；使砷、錫、鋪等物質(zhì)折出，降低合金鉛中砷、錫、鋪
的含量。4)加鋅精煉除銀將步驟3)取得的熔液降溫至1000 1700°C的溫度后，加入占粗鉛錠總質(zhì)量O. 5%的鋅，精煉20 30分鐘；降低合金鉛中銀的含量。5)加堿精煉除鋅將步驟4)取得的熔液降溫至350 800°C的溫度后，加入占粗鉛錠總質(zhì)量2%的堿，精煉20 30分鐘；使鋅折出，降低合金鉛中鋅的含量。
6)加鈣、鎂精煉除鉍和加硒、碲精煉將步驟5)取得的熔液升溫至1000 1700°C的溫度后，加入占粗鉛錠總質(zhì)量O. 5%的鈣、占粗鉛錠總質(zhì)量O. 7%的鎂，精煉25分鐘后，再加入占粗鉛錠總質(zhì)量O. 3%的硒、占粗鉛錠總質(zhì)量O. 1%的締,精煉25分鐘；降低合金鉛中秘的含量，抑制鉍的有害作用。7)加鎢、錸精煉將步驟6)取得的熔液升溫至3500 5900°C，加入占粗鉛錠總質(zhì)量I. 4%的鎢和占粗鉛錠總質(zhì)量2. 6%的錸，精煉60分鐘；增強(qiáng)合金鉛的韌性和強(qiáng)度。8)將350±5°C的合金鉛水注入成絲機(jī)，于成絲機(jī)出ロ拉絲、冷卻。エ業(yè)用鉛大部分來(lái)源于含鉛為98%左右的粗鉛，其中存在一定量的有害雜質(zhì)元素。實(shí)踐證明，抗核輻射生物屏蔽制品中，有害物質(zhì)Bi、Sb、Sn、As、等元素含量過(guò)高，則鉛的當(dāng)量越小，屏蔽效果越差，韌性、熱穩(wěn)定性、拉カ強(qiáng)度、耐蝕性、對(duì)Y射線吸附性和防穿刺性等性能越低。如何既做到去除或降低鉛原材料中有害雜質(zhì)元素的含量，又能提高鉛合金中鉛的純度，使鉛合金材料物理性質(zhì)滿足抗核輻射和纖維化的要求，這是本發(fā)明重點(diǎn)研究的內(nèi)容。本發(fā)明在鉛合金材料提煉過(guò)程中，采取全程溫度調(diào)控、適時(shí)、適量添加有益微量合金配方元素，再通過(guò)降溫溶析精煉和加硫除銅，加堿精煉除神、錫、銻，加鋅精煉除銀和加堿精煉除鋅，加鈣、鎂精煉除鉍和加硒、碲精煉抑制鉍的有害作用，改善耐蝕性，電解精煉除鉍，加鎢、錸精煉，增強(qiáng)合金鉛的韌性和拉カ強(qiáng)度等。從而使復(fù)分解氧化還原反應(yīng)有序進(jìn)行，有害雜質(zhì)元素有效析出，實(shí)現(xiàn)鉛合金組成中20多種主要元素的含量綜合平衡，其中鉛的純度大于 99. 995%, Bi、Sb、Sn、As 的含量分別小于 O. 0001%,O. 00002%,O. 0001%,O. 00001%。柔性鉛抗核輻射生物屏蔽制品實(shí)現(xiàn)的前提是鉛合金材料必須具備較強(qiáng)的柔韌性和較大的拉カ強(qiáng)度。因此，解決鉛合金材料纖維化技術(shù)和纖維絲的力學(xué)性能，以滿足經(jīng)緯編織成型的要求，也是本發(fā)明重點(diǎn)研究的內(nèi)容。本發(fā)明運(yùn)用材料劇烈塑性變形后材料晶界對(duì)服役時(shí)力學(xué)行為作用和晶界下移提高纖維絲的塑性技術(shù)原理，采用以上成絲エ藝，實(shí)現(xiàn)鉛合金材料纖維化，纖維絲可控直徑在O. Olmm I. Omm,拉カ強(qiáng)度達(dá)120_280Mpa,絲的長(zhǎng)度可以形成任意長(zhǎng)度。為了進(jìn)ー步去除絲中的鉍。本發(fā)明還將冷卻后的纖維絲于電解液中電解除鉍。所述電解液中含鉛80 120克/升、HsiF80 100克/升，電解液溫度30 45°C，電流密度160 250安/米。
具體實(shí)施方式
一、分析粗鉛錠含量 通常含鉛質(zhì)量百分比為98%。ニ、生產(chǎn)步驟
1)熔煉將升溫至沸點(diǎn)；
2)加硫除銅
降溫至450°C 800°C，加入硫O. 02 kg,低溫精煉30 50分鐘，使銅物質(zhì)溶析，降低合金鉛中的銅的含量。3)加堿精煉除砷、錫、銻、 將鉛熔液升溫至1600 1800°C，加入堿O. I kg,精煉60 80分鐘，使神、錫、銻等物質(zhì)折出，降低合金鉛中砷、錫、銻的含量。4)加鋅精煉除銀
在鉛熔液1000 1700°C的溫度下，加入鋅O. 005 kg,精煉20 30分鐘，降低合金鉛中銀的含量。5)加堿精煉除鋅
在鉛溶液350 800°C的溫度下，加入堿O. 02 kg,精煉30分鐘，使鋅折出，降低合金鉛
中鋅的含量。6)加鈣、鎂精煉除鉍和加硒、碲精煉抑制鉍的有害作用
在鉛熔液1000 1700°C的溫度下，首先加入鈣O. 005 kg、鎂O. 007 kg，精煉25分鐘后再加入硒O. 003 kg、碲O. 001 kg,精煉25分鐘，降低合金鉛中鉍的含量，抑制鉍的有害作用。7)加鎢、錸精煉
將鉛熔液升溫至3500 5900°C，加入鎢O. 014 kg、錸O. 026 kg,精煉60分鐘，增強(qiáng)合
金鉛的韌性和強(qiáng)度。8)將350±5°C的合金鉛水注入成絲機(jī)，于成絲機(jī)出ロ拉絲、冷卻
控制成絲機(jī)出ロ溫度150°C 200°C，冷卻水溫度至少0°C。9)電解精煉除鉍
將冷卻后的纖維絲于電解液中電解除鉍，電解液中含鉛80 120克/升、HsiF80 100克/升，電解液溫度30 45°C，電流密度160 250安/米。三、主要技術(shù)指標(biāo)
I、鉛合金材料的技術(shù)指標(biāo)
權(quán)利要求
1.核輻射屏蔽制品材料機(jī)織合金鉛纖維絲的生產(chǎn)方法，其特征在于以下步驟 1)熔煉將升溫至沸點(diǎn)； 2)加硫除銅將步驟I)取得的熔液降溫至450°C 800°C，再加入占粗鉛錠總質(zhì)量2%的硫，精煉30 50分鐘； 3)加堿精煉除神、錫和銻將步驟2)取得的熔液升溫至1600 1800°C，加入占粗鉛錠總質(zhì)量10%的堿，精煉60 80分鐘； 4)加鋅精煉除銀將步驟3)取得的熔液降溫至1000 1700°C的溫度后，加入占粗鉛錠總質(zhì)量O. 5%的鋅，精煉20 30分鐘； 5)加堿精煉除鋅將步驟4)取得的熔液降溫至350 800°C的溫度后，加入占粗鉛錠 總質(zhì)量2%的堿，精煉20 30分鐘； 6)加鈣、鎂精煉除鉍和加硒、碲精煉將步驟5)取得的熔液升溫至1000 1700°C的溫度后，加入占粗鉛錠總質(zhì)量O. 5%的鈣、占粗鉛錠總質(zhì)量O. 7%的鎂，精煉25分鐘后，再加入占粗鉛錠總質(zhì)量O. 3%的硒、占粗鉛錠總質(zhì)量O. 1%的締,精煉25分鐘； 7)加鎢、錸精煉將步驟6)取得的熔液升溫至3500 5900°C，加入占粗鉛錠總質(zhì)量I.4%的鎢和占粗鉛錠總質(zhì)量2. 6%的錸，精煉60分鐘； 8)將350±5°C的合金鉛水注入成絲機(jī)，于成絲機(jī)出ロ拉絲、冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述核輻射屏蔽制品材料機(jī)織合金鉛纖維絲的生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟8)中，成絲機(jī)出口溫度150°C 200°C，冷卻水溫度彡(TC。
3.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述核輻射屏蔽制品材料機(jī)織合金鉛纖維絲的生產(chǎn)方法，其特征在于將冷卻后的纖維絲于電解液中電解除鉍。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述核輻射屏蔽制品材料機(jī)織合金鉛纖維絲的生產(chǎn)方法，其特征在于所述電解液中含鉛80 120克/升、HsiF80 100克/升，電解液溫度30 45°C，電流密度160 250安/米。
全文摘要
核輻射屏蔽制品材料機(jī)織合金鉛纖維絲及其生產(chǎn)方法，涉及核輻射防護(hù)生物屏蔽技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在鉛合金材料提煉過(guò)程中，采取全程溫度調(diào)控、適時(shí)、適量添加有益微量合金配方元素，再通過(guò)降溫溶析精煉和加硫除銅，加堿精煉除砷、錫、銻，加鋅精煉除銀和加堿精煉除鋅，加鈣、鎂精煉除鉍和加硒、碲精煉抑制鉍的有害作用，改善耐蝕性，電解精煉除鉍，加鎢、錸精煉，增強(qiáng)合金鉛的韌性和拉力強(qiáng)度等。
文檔編號(hào)B21C37/04GK102658307SQ201210155678
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月19日
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