報告書番号

T99014

タイトル（和文）

金属燃料製造のための射出成型における溶融金属の動的挙動

タイトル（英文）

Dynamic Behavior of Molten Metal in Injection Casting of Metallic Fuel

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

当所では金属燃料の製造技術として射出成型法の開発（注1）を行なっている。射出成型技術は、米国アルゴンヌ国立研究所（ANL）が開発した技術で、多くの製造実績を有するものの石英ガラス製のモールド（鋳型）が使い捨てであるため、再使用モールドの開発が望まれている。また、射出成型法は、ガス加圧力によって1300～1500℃と言う高温の初期溶湯を真空のモールド中に射出・凝固させるものであるが、射出された溶融金属は熱を奪われて一部が凝固しつつモールド中を高速に移動する動的な凝固現象である。再使用モールドを構築するためにも、また適正な射出条件を決めるためにも溶融金属の過渡データが不可欠であるがANLでは、実際に運転して決めており、この種の過渡データが無いことが明らかとなった。このため、物性の近い模擬物質、鋳鉄材料を用いて射出から凝固までの短時間の温度データを取得し、射出挙動を定量評価することとした。

概要 （英文）

Dynamic behavior of molten fuel alloy in the injection casting process has been investigated. In the injection casting method developed by Argonne National Laboratory, the quartz molds are used only once and are broken away to obtain the cast fuel alloy. This process generates a considerable amount of radioactive waste. Reusable molds are therefore desired or any better idea is needed to minimize the solid waste generated in commercial use. In the injection casting process, high-temperature molten metal is injected into a mold in a short time by ambient gas pressurization. This results in dynamic heat transfer behavior such as rapid movement of partly solidified molten metal. In order to obtain dynamic data, injection tests have been performed using Fe-4.3C alloy, which has a melting point close to that of the fuel. The test results indicated that the molten metal under the condition of initial temperarure of about 1450℃was injected with cooling by argon gas supply at its maximum temperarure which is about 50-250℃ lower than the static melting point of metal, 1148℃. It was injected into a mold within 1 second at even comparatively low pressurizing rate of 0.028 MPa/ s. At higher pressurizing rates, the advective resistance increases at the entrance of a mold. Therefore, an optimum pressurizing rate will exists for given slug dimensions. The test data will be used to optimize the casting conditions for uranium alloy and construct reusable molds. In this report, the dynamic injection behavior is discussed and summarized.

報告者

キーワード