世界锆产业现状
从国外情况来看,世界各国大都把锆业纳入自己的核能产业链条。比如美国西屋和法国阿海珐。阿海珐的锆业一开始不是自己拥有,而是参股。上世纪90年代中期,阿海珐开始控股锆业公司。承担核电锆管生产任务的这些锆企业也都属于有色行业。法国和美国都是走了这么一条路。
一直到现在,国外还有一些锆的生产企业仍然属于冶金公司,没有和大的核燃料公司的产权结合在一起。比如瑞典的山特维克、美国华昌,但是他们都有生产核锆包壳管的生产线。这两家没有归入核燃料产业的国外锆材生产企业生产的都是锆-4产品(锆-4产品没有知识产权,生产标准是全球公开的),没有自己独有的知识产权的锆合金产品。
目前,世界上主要的核燃料供应商如美国西屋、法国阿海珐和俄罗斯国家核燃料公司(TEVL)都建立了完整的核级锆技术创新与产业体系,对其核燃料产业乃至核电产业的发展起到了重要作用。
美国西屋:西屋公司有完整的锆产能,对新锆合金的研究也有长期计划。在成功开发锆-2和锆-4合金的基础上,又成功开发了Zirlo合金。目前优化的Zirlo合金已部分替代了原来的Zirlo合金。其换代锆合金产品X5A的研究开发已进行了多年。
法国阿海珐:随着自主品牌M5合金开发应用成功,法国阿海珐公司推出了以M5合金为包壳管的AFA-3G和全M5 AFA-3G的燃料组件。法国阿海珐公司锆合金制造实现了产业规模化,通过不断整合,成为国际上实力很强的锆业公司。目前正在开展超低SnFe锆铌合金的开发研究。
俄罗斯国家核燃料公司:最早成功开发了锆铌合金,早期在锆合金开发上能力领先世界:早在上世纪60~70年代就成功开发了E110、E635合金。TEVL组建后,俄罗斯重启了新锆合金的研发工作,并开发了一系列高性能燃料元件。据最新报道,TEVL公司在成功开发TVS-2M系列高性能燃料组件的基础上,又成功开发了“2006型”高性能燃料组件,采用更新的锆合金品牌,其改进点和性能不详。TEVL公司锆管产能在切别兹基机械厂,既生产核级海绵锆、核级锆合金锆材,也生产民用锆、钛材、锂材。核级锆主要供应俄罗斯电钢城和新西伯利亚两个燃料厂,产能约500吨/年。
只看图片
锆铪试验
国际一流的核燃料公司均建立了完整的锆产业和研发体系。强有力的自主品牌、先进锆合金研究开发能力,以及锆材供应保障能力,大幅度提升了这些公司在竞争激烈的核燃料市场中的核心竞争力。各公司的技术差别主要是海绵锆生产中的锆铪分离工艺不同和锆合金品牌导致的冶金和压力加工工艺差异。关键的核心技术还是锆铪分离。锆和铪是结伴而生的,核级锆中的铪需要去除到几乎没有的程度。因为铪吸收中子,而反应堆是靠吸收中子来进行裂变反应的。所以核级锆的一个主要指标就是铪的含量一定要非常非常低。
Zirlo、M5、E110等合金都是目前国际上可用于三代核电燃料元件的先进锆合金,其耐腐蚀、抗辐照、吸氢性能等都优于锆-4合金。目前,西屋、阿海珐以及中、日、韩等都在进一步开发新合金。
【点评】李冠兴 中国工程院化工、冶金与材料工程学部院士,他曾担任二O二厂(现中核北方核燃料元件有限公司)厂长,现任中国核学会理事长和核材料分会理事长。
与国外相比,目前我国的核级锆材的研发与生产还有两个弱项:一是若干核级锆材生产的关键设备还不能自己制造,要依赖进口;二是锆合金的研发和创新能力与国外相比仍有相当大的差距。特别是核级锆合金的辐照试验远远落后于国外,这一“软肋”会导致我国锆合金的研发事倍功半。
虽然不同国家有各自的科研和生产特色,但核级锆材生产工艺和装备,在世界各国都是大体雷同的。
从我国来看,在引进美国核电技术的同时,引进了全套核级锆材生产加工技术,建成了包括核级海绵锆在内的完整的核级锆材产业体系,美国、法国等囯际核能巨头在锆合金生产和供应方面的独特优势已经基本丧失。
随着时间的推移和生产经验的积累,我国锆产业发展的瓶颈必将得到突破。
从国外情况来看,世界各国大都把锆业纳入自己的核能产业链条。比如美国西屋和法国阿海珐。阿海珐的锆业一开始不是自己拥有,而是参股。上世纪90年代中期,阿海珐开始控股锆业公司。承担核电锆管生产任务的这些锆企业也都属于有色行业。法国和美国都是走了这么一条路。
一直到现在,国外还有一些锆的生产企业仍然属于冶金公司,没有和大的核燃料公司的产权结合在一起。比如瑞典的山特维克、美国华昌,但是他们都有生产核锆包壳管的生产线。这两家没有归入核燃料产业的国外锆材生产企业生产的都是锆-4产品(锆-4产品没有知识产权,生产标准是全球公开的),没有自己独有的知识产权的锆合金产品。
目前,世界上主要的核燃料供应商如美国西屋、法国阿海珐和俄罗斯国家核燃料公司(TEVL)都建立了完整的核级锆技术创新与产业体系,对其核燃料产业乃至核电产业的发展起到了重要作用。
美国西屋:西屋公司有完整的锆产能,对新锆合金的研究也有长期计划。在成功开发锆-2和锆-4合金的基础上,又成功开发了Zirlo合金。目前优化的Zirlo合金已部分替代了原来的Zirlo合金。其换代锆合金产品X5A的研究开发已进行了多年。
法国阿海珐:随着自主品牌M5合金开发应用成功,法国阿海珐公司推出了以M5合金为包壳管的AFA-3G和全M5 AFA-3G的燃料组件。法国阿海珐公司锆合金制造实现了产业规模化,通过不断整合,成为国际上实力很强的锆业公司。目前正在开展超低SnFe锆铌合金的开发研究。
俄罗斯国家核燃料公司:最早成功开发了锆铌合金,早期在锆合金开发上能力领先世界:早在上世纪60~70年代就成功开发了E110、E635合金。TEVL组建后,俄罗斯重启了新锆合金的研发工作,并开发了一系列高性能燃料元件。据最新报道,TEVL公司在成功开发TVS-2M系列高性能燃料组件的基础上,又成功开发了“2006型”高性能燃料组件,采用更新的锆合金品牌,其改进点和性能不详。TEVL公司锆管产能在切别兹基机械厂,既生产核级海绵锆、核级锆合金锆材,也生产民用锆、钛材、锂材。核级锆主要供应俄罗斯电钢城和新西伯利亚两个燃料厂,产能约500吨/年。
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锆铪试验
国际一流的核燃料公司均建立了完整的锆产业和研发体系。强有力的自主品牌、先进锆合金研究开发能力,以及锆材供应保障能力,大幅度提升了这些公司在竞争激烈的核燃料市场中的核心竞争力。各公司的技术差别主要是海绵锆生产中的锆铪分离工艺不同和锆合金品牌导致的冶金和压力加工工艺差异。关键的核心技术还是锆铪分离。锆和铪是结伴而生的,核级锆中的铪需要去除到几乎没有的程度。因为铪吸收中子,而反应堆是靠吸收中子来进行裂变反应的。所以核级锆的一个主要指标就是铪的含量一定要非常非常低。
Zirlo、M5、E110等合金都是目前国际上可用于三代核电燃料元件的先进锆合金,其耐腐蚀、抗辐照、吸氢性能等都优于锆-4合金。目前,西屋、阿海珐以及中、日、韩等都在进一步开发新合金。
【点评】李冠兴 中国工程院化工、冶金与材料工程学部院士,他曾担任二O二厂(现中核北方核燃料元件有限公司)厂长,现任中国核学会理事长和核材料分会理事长。
与国外相比,目前我国的核级锆材的研发与生产还有两个弱项:一是若干核级锆材生产的关键设备还不能自己制造,要依赖进口;二是锆合金的研发和创新能力与国外相比仍有相当大的差距。特别是核级锆合金的辐照试验远远落后于国外,这一“软肋”会导致我国锆合金的研发事倍功半。
虽然不同国家有各自的科研和生产特色,但核级锆材生产工艺和装备,在世界各国都是大体雷同的。
从我国来看,在引进美国核电技术的同时,引进了全套核级锆材生产加工技术,建成了包括核级海绵锆在内的完整的核级锆材产业体系,美国、法国等囯际核能巨头在锆合金生产和供应方面的独特优势已经基本丧失。
随着时间的推移和生产经验的积累,我国锆产业发展的瓶颈必将得到突破。