Study of recycling process viability of zirconium alloys chips for melting in VAR furnace

Abstract

ResumoCavacos de ligas de zircônio (M5, Zirlo, Zircaloy) são gerados em elevadas quantidades na confecção de tubos e tampões das varetas que compõem o elemento combustível de reatores de potência refrigerados a água pressurizada (PWR). Essas são ligas importadas e por isso é mostrado interesse pela indústria de reciclagem na sua reutilização. Este trabalho apresenta os estudos de um processo de reciclagem e a obtenção de eletrodos prensados para serem fundidos em um forno VAR (Vacuum Arc Remelting). O processo se inicia com uma separação magnética, lavagem do fluido de corte que é solúvel em água, utilização de um desengraxante industrial, seguido por um enxágue com fluxo contínuo de água em alta pressão e secagem por fluxo de ar quente. Para a obtenção de eletrodos, os cavacos foram prensados em uma matriz de seção quadrada 40x40 mm² com 500 mm de comprimento, resultando num eletrodo com 20% da densidade aparente da liga. A fusão foi feita um forno VAR de laboratório no CCTM-IPEN, gerando um lingote maciço de 0,8 kg. A fusão dos cavacos é possível e viável em um forno VAR o que reduz em até 40 vezes o volume de armazenamento desse material. AbstractZirconium alloy chips (M5, Zirlo, and Zircaloy) are generated in high quantities in the manufacture of tubes and end caps of the rods that form the fuel element of pressurized water reactors (PWR). These are imported alloys and so it is shown interest by the recycling industry in its reuse. This work presents the studies of a recycling process and the obtaining of electrodes pressed to be melted in a Vacuum Arc Remelting (VAR) furnace. The process begins with a magnetic separation, washing of the water-soluble cutting fluid, use of an industrial degreaser, followed by a rinse with continuous high-pressure water flow and drying by hot air flow. To obtain electrodes, the chips were pressed in a square section die 40x40 mm² with 500 mm in length resulting in an electrode with 20% of the apparent density of the alloy. The melting was done a laboratory VAR furnace in the CCTM-IPEN, generating a massive ingot of 0.8 kg. The melting of the chips is possible and viable in a VAR furnace that reduces the storage volume of this material by up to 40 times.