CN107576198A - 用于mox芯块制备的高温批次烧结装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于MOX芯块烧结技术领域，具体涉及一种用于MOX芯块制备的高温批次烧结装置。炉体外壁固定在手套箱内后壁墙上，炉体从里到外分别为炉体刚玉耐火砖、氧化锆保温砖、水冷感应线圈和炉体外壁，水冷感应线圈环绕在氧化锆保温砖外壁上；钼盖板安装在刚玉耐火砖和氧化锆保温砖上部；炉体上方设置有炉盖，炉盖与炉体外壁连接，炉体下方为炉底，炉底两端设置有两个气缸锁；炉底盖位于炉体下方，炉底通过丝杠与炉底盖连接，炉底盖上从下往上依次摆放炉底刚玉耐火砖、钨筒和钼舟；热电偶依次穿过钼舟、钨筒和炉底刚玉耐火砖安装在炉底盖上；炉底盖下部设置有氢氩混合气进出口。本发明实现了MOX芯块的高温烧结，解决了烧结过程中温场不均的问题。
Description
技术领域
本发明属于核燃料芯块烧结技术领域，具体涉及一种用于MOX芯块制备的高温批次烧结装置。
背景技术
MOX燃料厂是后处理厂与压水堆和快堆之间的中间环节，是实现我国核燃料闭合循环的关键环节。高温烧结是将MOX生坯变成MOX芯块的关键工序，高温烧结炉的选用直接影响到MOX芯块的烧结质量。由于国内MOX发展较晚，MOX高温烧结炉研制经验不足，且该设备属于国外限制出口设备。国内MOX实验线采用的立式批次烧结炉，由于生产过程的高放射性，需要将炉体围封在手套箱内，但批次烧结炉结构复杂，由此造成检修维护极为不便，对于炉膛内部的检修或零部件的更换实现困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安全、高效的用于MOX芯块制备的高温批次烧结装置，以实现MOX芯块的高温烧结。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种用于MOX芯块制备的高温批次烧结装置，包括丝杠、炉底盖、炉底刚玉耐火砖、钨筒、钼舟、气缸锁、热电偶、水冷感应线圈、氧化锆保温砖、炉体刚玉耐火砖、炉体外壁、钼盖板、炉盖、氢氩混合气进出口、炉底；炉体外壁固定在手套箱内后壁墙上，炉体从里到外分别为炉体刚玉耐火砖、氧化锆保温砖、水冷感应线圈和炉体外壁，水冷感应线圈环绕在氧化锆保温砖外壁上；钼盖板安装在刚玉耐火砖和氧化锆保温砖上部；炉体上方设置有炉盖，炉盖与炉体外壁连接，炉体下方为炉底，炉底两端设置有两个气缸锁；炉底盖位于炉体下方，炉底通过丝杠与炉底盖连接，炉底盖上从下往上依次摆放炉底刚玉耐火砖、钨筒和钼舟；热电偶依次穿过钼舟、钨筒和炉底刚玉耐火砖安装在炉底盖上；炉底盖下部设置有氢氩混合气进出口。
所述的炉盖与炉体外壁之间通过螺栓连接，接口处设置有密封垫圈。
所述的炉体刚玉耐火砖和氧化锆保温砖均为四分之一圆弧结构，交错布置，通过高强度不锈钢框架将炉体刚玉耐火砖和氧化锆保温砖固定为一个整体圆筒结构，上设有吊钩。
所述的炉体外壁采用5mm厚不锈钢板，炉体外壁内部嵌有铅板屏蔽材料。
所述的炉体外壁安装有冷却水套，冷却水套为两个半圆形不锈钢套筒，冷却水套内设有导流挡板，去离子水由冷却水套下方进入，上方流出，冷却水套的进出水管道均设置在炉体上部。
氢氩混合气经过气管传输至气氛控制装置，气氛控制装置由单向阀与气体干燥过滤器组成，氢氩混合气首先经气体干燥过滤器做除尘、除油、除水处理，处理后的氢氩混合气经单向阀进入氢氩混合气进出口，再依次通过炉底刚玉耐火砖、钨筒、装有芯块的钼舟导入炉体。
本装置设计有尾气处理装置，尾气处理装置包括由不锈钢尾气管道依次连接的气体单向阀、过滤器和机械泵，机械泵用以提供负压以排放尾气，由于机械泵的作用，尾气经过位于炉体下部的由单向阀控制的不锈钢尾气管道自然降温，之后进入过滤器除尘、除水以及除裂变气体，最终合格的尾气进行排放。
炉体内温度通过热电偶进行监控，同时钼舟内摆放测温环，用于测量炉体内达到温度的最高实际值，通过对水冷感应线圈的输入功率进行控制达到调节炉体内实时烧结温度的目的。
通过丝杠的正反转实现炉底盖的升降，通过炉底盖升降实现生坯进炉烧结与芯块出炉，炉底盖上升至与炉底接触、顶紧，由气缸锁锁死实现密封，密封后通过真空泵将炉体抽为真空，再冲入氢氩混合气保证烧结气氛；通电后的水冷感应线圈产生磁感线，磁感线切割钨筒，使钨筒发热达到加热钼舟及其内芯块的目的。
本发明所取得的有益效果为：
本发明实现了MOX芯块的高温烧结，解决了烧结过程中温场不均、温度测量不精确、气氛控制不精确的问题。
附图说明
图1为本发明所述用于MOX芯块制备的高温批次烧结装置结构图；
图中：1、丝杠；2、炉底盖；3、炉底刚玉耐火砖；4、钨筒；5、钼舟；6、气缸锁；7、热电偶；8、水冷感应线圈；9、氧化锆保温砖；10、炉体刚玉耐火砖；11、炉体外壁；12、钼盖板；13、炉盖；14、氢氩混合气进出口；15、炉底。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明所述用于MOX芯块制备的高温批次烧结装置包括丝杠1、炉底盖2、炉底刚玉耐火砖3、钨筒4、钼舟5、气缸锁6、热电偶7、水冷感应线圈8、氧化锆保温砖9、炉体刚玉耐火砖10、炉体外壁11、钼盖板12、炉盖13、氢氩混合气进出口14、炉底15；
炉体外壁11固定在手套箱内后壁墙上，炉体从里到外分别为炉体刚玉耐火砖10、氧化锆保温砖9、水冷感应线圈8、炉体外壁11，水冷感应线圈8环绕在氧化锆保温砖9外壁上；钼盖板12安装在刚玉耐火砖10和氧化锆保温砖9上部，用于温场的控制，保证炉体上部与下部温度基本保持一致。炉体上方设置有炉盖13，炉盖13与炉体外壁11之间通过螺栓连接，接口处设置有密封垫圈。炉体下方为炉底15，炉底15两端设置有两个气缸锁6；炉底盖2位于炉体下方，炉底15通过丝杠1与炉底盖2连接，炉底盖2上从下往上依次摆放炉底刚玉耐火砖3、钨筒4、钼舟5；热电偶7依次穿过钼舟5、钨筒4和炉底刚玉耐火砖3安装在炉底盖2上，用于测量炉体内部温度的变化；炉底盖2下部设置有氢氩混合气进出口14。
炉体刚玉耐火砖10和氧化锆保温砖9均为四分之一圆弧结构，交错布置，通过高强度不锈钢框架将炉体刚玉耐火砖10和氧化锆保温砖9固定为一个整体圆筒结构，上设有吊钩，在外将砖组装上后，可直接吊入炉体内，方便安装与更换。炉体外壁11采用5mm厚不锈钢板作为固定和炉体支撑结构；炉体外壁11内部嵌有铅板屏蔽材料。
为及时对炉体外壁11散热，炉体外壁11安装有冷却水套，冷却水套为两个半圆形不锈钢套筒，冷却水套内设有导流挡板，去离子水由冷却水套下方进入，上方流出，冷却水套的进出水管道均设置在炉体上部。冷却水在冷却水套内充分流动，充分吸热，提高冷却质量。
芯块烧结过程中，需通入氢氩混合气，保证炉体内气氛。氢氩混合气经过气管传输至气氛控制装置。气氛控制装置由单向阀与气体干燥过滤器组成。氢氩混合气首先经气体干燥过滤器做除尘、除油、除水处理，保证气体干燥且无杂质。处理后的氢氩混合气经单向阀进入氢氩混合气进出口14，再依次通过炉底刚玉耐火砖3、钨筒4、装有芯块的钼舟5导入炉体。
在芯块烧结过程中会产生杂质气体，主要成分为水蒸气、挥发性杂质、裂变气体，在处理过程中，为保持气氛稳定，本装置设计有尾气处理装置。尾气处理装置包括由不锈钢尾气管道依次连接的气体单向阀、过滤器和机械泵。机械泵用以提供负压以排放尾气。由于机械泵的作用，尾气经过位于炉体下部的由单向阀控制的不锈钢尾气管道自然降温，之后进入过滤器除尘、除水以及除裂变气体，最终合格的尾气进行排放。
通过丝杠1的正反转实现炉底盖2的升降，通过炉底盖2升降实现生坯进炉烧结与芯块出炉，炉底盖2上升至与炉底15接触、顶紧，由气缸锁6锁死实现密封，密封后通过真空泵将炉体抽为真空，再冲入氢氩混合气保证烧结气氛；通电后的水冷感应线圈8产生磁感线，磁感线切割钨筒4，使钨筒4发热达到加热钼舟5及钼舟内芯块的目的。
温度控制是烧结过程中重要部分，是保证芯块质量的关键。炉体内温度主要通过热电偶7进行监控，同时钼舟5内摆放测温环，用于测量炉体内达到温度的最高实际值，可以通过对水冷感应线圈8的输入功率进行控制达到调节炉体内实时烧结温度的目的。
Claims (9)
1.一种用于MOX芯块制备的高温批次烧结装置，其特征在于：包括丝杠(1)、炉底盖(2)、炉底刚玉耐火砖(3)、钨筒(4)、钼舟(5)、气缸锁(6)、热电偶(7)、水冷感应线圈(8)、氧化锆保温砖(9)、炉体刚玉耐火砖(10)、炉体外壁(11)、钼盖板(12)、炉盖(13)、氢氩混合气进出口(14)、炉底(15)；炉体外壁(11)固定在手套箱内后壁墙上，炉体从里到外分别为炉体刚玉耐火砖(10)、氧化锆保温砖(9)、水冷感应线圈(8)和炉体外壁(11)，水冷感应线圈(8)环绕在氧化锆保温砖(9)外壁上；钼盖板(12)安装在刚玉耐火砖(10)和氧化锆保温砖(9)上部；炉体上方设置有炉盖(13)，炉盖(13)与炉体外壁(11)连接，炉体下方为炉底(15)，炉底(15)两端设置有两个气缸锁(6)；炉底盖(2)位于炉体下方，炉底(15)通过丝杠(1)与炉底盖(2)连接，炉底盖(2)上从下往上依次摆放炉底刚玉耐火砖(3)、钨筒(4)和钼舟(5)；热电偶(7)依次穿过钼舟(5)、钨筒(4)和炉底刚玉耐火砖(3)安装在炉底盖(2)上；炉底盖(2)下部设置有氢氩混合气进出口(14)。
2.根据权利要求1所述的用于MOX芯块制备的高温批次烧结装置，其特征在于：所述的炉盖(13)与炉体外壁(11)之间通过螺栓连接，接口处设置有密封垫圈。
3.根据权利要求1所述的用于MOX芯块制备的高温批次烧结装置，其特征在于：所述的炉体刚玉耐火砖(10)和氧化锆保温砖(9)均为四分之一圆弧结构，交错布置，通过高强度不锈钢框架将炉体刚玉耐火砖(10)和氧化锆保温砖(9)固定为一个整体圆筒结构，上设有吊钩。
4.根据权利要求1所述的用于MOX芯块制备的高温批次烧结装置，其特征在于：所述的炉体外壁(11)采用5mm厚不锈钢板，炉体外壁(11)内部嵌有铅板屏蔽材料。
5.根据权利要求1所述的用于MOX芯块制备的高温批次烧结装置，其特征在于：所述的炉体外壁(11)安装有冷却水套，冷却水套为两个半圆形不锈钢套筒，冷却水套内设有导流挡板，去离子水由冷却水套下方进入，上方流出，冷却水套的进出水管道均设置在炉体上部。
6.根据权利要求1所述的用于MOX芯块制备的高温批次烧结装置，其特征在于：氢氩混合气经过气管传输至气氛控制装置，气氛控制装置由单向阀与气体干燥过滤器组成，氢氩混合气首先经气体干燥过滤器做除尘、除油、除水处理，处理后的氢氩混合气经单向阀进入氢氩混合气进出口(14)，再依次通过炉底刚玉耐火砖(3)、钨筒(4)、装有芯块的钼舟(5)导入炉体。
7.根据权利要求1所述的用于MOX芯块制备的高温批次烧结装置，其特征在于：本装置设计有尾气处理装置，尾气处理装置包括由不锈钢尾气管道依次连接的气体单向阀、过滤器和机械泵，机械泵用以提供负压以排放尾气，由于机械泵的作用，尾气经过位于炉体下部的由单向阀控制的不锈钢尾气管道自然降温，之后进入过滤器除尘、除水以及除裂变气体，最终合格的尾气进行排放。
8.根据权利要求1所述的用于MOX芯块制备的高温批次烧结装置，其特征在于：炉体内温度通过热电偶(7)进行监控，同时钼舟(5)内摆放测温环，用于测量炉体内达到温度的最高实际值，通过对水冷感应线圈(8)的输入功率进行控制达到调节炉体内实时烧结温度的目的。
9.根据权利要求1所述的用于MOX芯块制备的高温批次烧结装置，其特征在于：通过丝杠(1)的正反转实现炉底盖(2)的升降，通过炉底盖(2)升降实现生坯进炉烧结与芯块出炉，炉底盖(2)上升至与炉底(15)接触、顶紧，由气缸锁(6)锁死实现密封，密封后通过真空泵将炉体抽为真空，再冲入氢氩混合气保证烧结气氛；通电后的水冷感应线圈(8)产生磁感线，磁感线切割钨筒(4)，使钨筒(4)发热达到加热钼舟(5)及其内芯块的目的。
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