专利名称：核辐射屏蔽制品材料机织合金铅纤维丝及其生产方法
技术领域：
本发明涉及核辐射防护生物屏蔽技术领域。
背景技术：
研究表明，核电站的外照射线主要为Y射线，其主要来自核反应的裂变产物和被中子活化的管道及阀门，由于管道中活化腐蚀产物的出现，造成管道中放射性微粒的沉积，使控制区很多检修作业场所环境剂量偏高，増加了工作人员外照射剂量，一般采用屏蔽来
解除。因此，在屏蔽材料选择上力求高效安全、造价便宜且节省空间，通常选择钢、铅、普通混凝土和重混凝土等。钢的强度较好，但价格较高；混凝土比重金属便宜，但密度小，屏蔽层厚度大；铅的优点是密度高、熔点低、耐蚀、对Y射线有良好的吸附性和不易被穿透特性、易于浇注且相对屏蔽层厚度较小，所以，铅是首选的屏蔽材料。目前，我国在运行的核电站，控制区生物屏蔽系统采用的屏蔽制品(铅衣或铅屏)主要是滚压成型的“无间隙固体金属块状铅板”，这种金属铅板存在铅当量低、适形性能差、产生废料多、资源利用率不高；产品笨重，导致屏蔽作业劳动强度大，工作人员受照射时间长、剂量大；易造成保温层变形、下坠，控制区射线剂量增高，安全系数低，潜在风险大；不适合管道、阀门等特形设备和人员的屏蔽；且不易去污，使用寿命短等弊端。因此，铅板屏蔽制品在屏蔽效果与结构功能上难以兼容，不适应核エ业持续发展和以人为本的需要。抗核辐射生物屏蔽制品除要具有较高的屏蔽效果外，还必须具备良好的物理力学性能(强韧性、热稳定性等)。据报道，当前，用于抗核辐射生物屏蔽的材料和制品主要有以下四类。一类是以普通エ业用铅为主，滚压或浇注成型的无间隙金属块状铅板、铅砖、铅皮混凝土等；第二类是以铅粉为主，橡胶、聚こ烯发泡等作为基料混和复合而成的柔性制品的涂料、胶粘剂等；第三类是以无间隙金属块状铅皮作为内芯，内外层包覆交联发泡材料和合成橡胶锦纶材料制品；第四类是以铅等重金属做成空心微珠等轻质高强材料。实践证明，铅板、铅皮制品尽管抗核辐射效果较佳，但搭建屏蔽系统时使用量大，搭建难度大，工作效率低，产生废料多，潜在风险大；且铅板制品适形性差，不能弯折，不适合管道、阀门等特型设备的屏蔽，操作不慎易掉落伤人或损坏设备。而铅粉与橡胶、聚こ烯发泡材料混和复合而成的制品、涂料和胶粘剂，虽具有一定的柔性，但由于铅粉颗粒易积聚，难以在基料中混和均匀，故屏蔽性能不均匀，且铅当量低、橡胶和聚こ烯等易老化，影响屏蔽效果，给工作人员带来被辐射的危险。铅等重金属做成的空心微珠轻质高强材料，虽抗核辐射性能优，但造价高、成本大，一般用于核能火箭发动机防核辐射外泄。
发明内容
本发明目的在于提出ー种方便进ー步制成轻、薄、省材、效果好的成品的核辐射屏蔽制品材料机织合金铅纤维丝的生产方法。本发明方法包括以下步骤
I)熔炼将升温至沸点；2)加硫除铜将步骤I)取得的熔液降温至450°C 800°C，再加入占粗铅锭总质量2%的硫，精炼30 50分钟；使铜物质溶祈，降低合金铅中的铜的含量。3)加碱精炼除神、锡和锑将步骤2)取得的熔液升温至1600 1800°C，加入占粗铅锭总质量10%的碱,精炼60 80分钟；使砷、锡、铺等物质折出，降低合金铅中砷、锡、铺
的含量。4)加锌精炼除银将步骤3)取得的熔液降温至1000 1700°C的温度后，加入占粗铅锭总质量O. 5%的锌，精炼20 30分钟；降低合金铅中银的含量。5)加碱精炼除锌将步骤4)取得的熔液降温至350 800°C的温度后，加入占粗铅锭总质量2%的碱，精炼20 30分钟；使锌折出，降低合金铅中锌的含量。
6)加钙、镁精炼除铋和加硒、碲精炼将步骤5)取得的熔液升温至1000 1700°C的温度后，加入占粗铅锭总质量O. 5%的钙、占粗铅锭总质量O. 7%的镁，精炼25分钟后，再加入占粗铅锭总质量O. 3%的硒、占粗铅锭总质量O. 1%的締,精炼25分钟；降低合金铅中秘的含量，抑制铋的有害作用。7)加钨、铼精炼将步骤6)取得的熔液升温至3500 5900°C，加入占粗铅锭总质量I. 4%的钨和占粗铅锭总质量2. 6%的铼，精炼60分钟；增强合金铅的韧性和強度。8)将350±5°C的合金铅水注入成丝机，于成丝机出ロ拉丝、冷却。エ业用铅大部分来源于含铅为98%左右的粗铅，其中存在一定量的有害杂质元素。实践证明，抗核辐射生物屏蔽制品中，有害物质Bi、Sb、Sn、As、等元素含量过高，则铅的当量越小，屏蔽效果越差，韧性、热稳定性、拉カ强度、耐蚀性、对Y射线吸附性和防穿刺性等性能越低。如何既做到去除或降低铅原材料中有害杂质元素的含量，又能提高铅合金中铅的纯度，使铅合金材料物理性质满足抗核辐射和纤维化的要求，这是本发明重点研究的内容。本发明在铅合金材料提炼过程中，采取全程温度调控、适时、适量添加有益微量合金配方元素，再通过降温溶析精炼和加硫除铜，加碱精炼除神、錫、锑，加锌精炼除银和加碱精炼除锌，加钙、镁精炼除铋和加硒、碲精炼抑制铋的有害作用，改善耐蚀性，电解精炼除铋，加钨、铼精炼，增强合金铅的韧性和拉カ强度等。从而使复分解氧化还原反应有序进行，有害杂质元素有效析出，实现铅合金组成中20多种主要元素的含量综合平衡，其中铅的纯度大于 99. 995%, Bi、Sb、Sn、As 的含量分别小于 O. 0001%,O. 00002%,O. 0001%,O. 00001%。柔性铅抗核辐射生物屏蔽制品实现的前提是铅合金材料必须具备较强的柔韧性和较大的拉カ强度。因此，解决铅合金材料纤维化技术和纤维丝的力学性能，以满足经纬编织成型的要求，也是本发明重点研究的内容。本发明运用材料剧烈塑性变形后材料晶界对服役时力学行为作用和晶界下移提高纤维丝的塑性技术原理，采用以上成丝エ艺，实现铅合金材料纤维化，纤维丝可控直径在O. Olmm I. Omm,拉カ强度达120_280Mpa,丝的长度可以形成任意长度。为了进ー步去除丝中的铋。本发明还将冷却后的纤维丝于电解液中电解除铋。所述电解液中含铅80 120克/升、HsiF80 100克/升，电解液温度30 45°C，电流密度160 250安/米。
具体实施方式
一、分析粗铅锭含量 通常含铅质量百分比为98%。ニ、生产步骤
1)熔炼将升温至沸点；
2)加硫除铜
降温至450°C 800°C，加入硫O. 02 kg,低温精炼30 50分钟，使铜物质溶析，降低合金铅中的铜的含量。3)加碱精炼除砷、锡、锑、 将铅熔液升温至1600 1800°C，加入碱O. I kg,精炼60 80分钟，使神、锡、锑等物质折出，降低合金铅中砷、锡、锑的含量。4)加锌精炼除银
在铅熔液1000 1700°C的温度下，加入锌O. 005 kg,精炼20 30分钟，降低合金铅中银的含量。5)加碱精炼除锌
在铅溶液350 800°C的温度下，加入碱O. 02 kg,精炼30分钟，使锌折出，降低合金铅
中锌的含量。6)加钙、镁精炼除铋和加硒、碲精炼抑制铋的有害作用
在铅熔液1000 1700°C的温度下，首先加入钙O. 005 kg、镁O. 007 kg，精炼25分钟后再加入硒O. 003 kg、碲O. 001 kg,精炼25分钟，降低合金铅中铋的含量，抑制铋的有害作用。7)加钨、铼精炼
将铅熔液升温至3500 5900°C，加入钨O. 014 kg、铼O. 026 kg,精炼60分钟，增强合
金铅的韧性和強度。8)将350±5°C的合金铅水注入成丝机，于成丝机出ロ拉丝、冷却
控制成丝机出ロ温度150°C 200°C，冷却水温度至少0°C。9)电解精炼除铋
将冷却后的纤维丝于电解液中电解除铋，电解液中含铅80 120克/升、HsiF80 100克/升，电解液温度30 45°C，电流密度160 250安/米。三、主要技术指标
I、铅合金材料的技术指标
权利要求
1.核辐射屏蔽制品材料机织合金铅纤维丝的生产方法，其特征在于以下步骤 1)熔炼将升温至沸点； 2)加硫除铜将步骤I)取得的熔液降温至450°C 800°C，再加入占粗铅锭总质量2%的硫，精炼30 50分钟； 3)加碱精炼除神、锡和锑将步骤2)取得的熔液升温至1600 1800°C，加入占粗铅锭总质量10%的碱，精炼60 80分钟； 4)加锌精炼除银将步骤3)取得的熔液降温至1000 1700°C的温度后，加入占粗铅锭总质量O. 5%的锌，精炼20 30分钟； 5)加碱精炼除锌将步骤4)取得的熔液降温至350 800°C的温度后，加入占粗铅锭 总质量2%的碱，精炼20 30分钟； 6)加钙、镁精炼除铋和加硒、碲精炼将步骤5)取得的熔液升温至1000 1700°C的温度后，加入占粗铅锭总质量O. 5%的钙、占粗铅锭总质量O. 7%的镁，精炼25分钟后，再加入占粗铅锭总质量O. 3%的硒、占粗铅锭总质量O. 1%的締,精炼25分钟； 7)加钨、铼精炼将步骤6)取得的熔液升温至3500 5900°C，加入占粗铅锭总质量I.4%的钨和占粗铅锭总质量2. 6%的铼，精炼60分钟； 8)将350±5°C的合金铅水注入成丝机，于成丝机出ロ拉丝、冷却。
2.根据权利要求2所述核辐射屏蔽制品材料机织合金铅纤维丝的生产方法，其特征在于所述步骤8)中，成丝机出口温度150°C 200°C，冷却水温度彡(TC。
3.根据权利要求2或3所述核辐射屏蔽制品材料机织合金铅纤维丝的生产方法，其特征在于将冷却后的纤维丝于电解液中电解除铋。
4.根据权利要求4所述核辐射屏蔽制品材料机织合金铅纤维丝的生产方法，其特征在于所述电解液中含铅80 120克/升、HsiF80 100克/升，电解液温度30 45°C，电流密度160 250安/米。
全文摘要
核辐射屏蔽制品材料机织合金铅纤维丝及其生产方法，涉及核辐射防护生物屏蔽技术领域。本发明在铅合金材料提炼过程中，采取全程温度调控、适时、适量添加有益微量合金配方元素，再通过降温溶析精炼和加硫除铜，加碱精炼除砷、锡、锑，加锌精炼除银和加碱精炼除锌，加钙、镁精炼除铋和加硒、碲精炼抑制铋的有害作用，改善耐蚀性，电解精炼除铋，加钨、铼精炼，增强合金铅的韧性和拉力强度等。
文档编号B21C37/04GK102658307SQ201210155678
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月19日 优先权日2012年5月19日
发明者于丰源 申请人:扬州锦江有色金属有限公司