CN108695008B - 一种低浓化微堆用uo2燃料芯块生坯的自动成型方法 - Google Patents

一种低浓化微堆用uo2燃料芯块生坯的自动成型方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108695008B
CN108695008B CN201710223504.3A CN201710223504A CN108695008B CN 108695008 B CN108695008 B CN 108695008B CN 201710223504 A CN201710223504 A CN 201710223504A CN 108695008 B CN108695008 B CN 108695008B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel pellet
powder
core block
controlled
molding method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710223504.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108695008A (zh
Inventor
王玉龄
茹利利
刘文涛
马渊
范文龙
蔡振芳
鲁杭杭
翟晶晶
张海伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China North Nuclear Fuel Co Ltd
Original Assignee
China North Nuclear Fuel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China North Nuclear Fuel Co Ltd filed Critical China North Nuclear Fuel Co Ltd
Priority to CN201710223504.3A priority Critical patent/CN108695008B/zh
Publication of CN108695008A publication Critical patent/CN108695008A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108695008B publication Critical patent/CN108695008B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C21/00—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of reactors or parts thereof
    • G21C21/02—Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings
    • G21C21/10—Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings by extrusion, drawing, or stretching by rolling, e.g. "picture frame" technique
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明属于低浓化微堆燃料芯块技术领域，具体涉及一种低浓化微堆用UO2燃料芯块生坯的自动成型方法。该方法包括以下步骤：将UO2粉末压制成块，然后使用颗粒机破碎，再使用筛分机筛分，获得100～500μm粒度的UO2粉末；添加润滑剂，添加量为UO2粉末质量的0.1～0.5wt％，均匀混料；采用机械压机进行芯块成型，生坯高度控制在4～7mm，生坯密度控制在5.2～5.4g/cm3；UO2燃料芯块烧结属于固相烧结，在氢气气氛下还原烧结。本发明成型效率提升了三倍以上，成效显著；同时由于成型的精准控制，不磨削即可实现尺寸的精确控制，尺寸和密度等指标均满足技术指标要求，提高了物料的利用率。

Description

一种低浓化微堆用UO2燃料芯块生坯的自动成型方法
技术领域
本发明属于低浓化微堆燃料芯块技术领域，具体涉及一种低浓化微堆用UO2燃料芯块生坯的自动成型方法。
背景技术
近年来，为降低高浓铀流失风险，提升核安保水平，核能电站的开发思路逐渐向小型甚至微型转变。而UO2陶瓷型燃料由于具有熔点高、热稳定性好，中子俘获截面低，各向异性小，辐照稳定性好，对包壳与冷却剂有良好的相容性，燃耗深度比金属型燃料大等优点，无疑成为了微型核反应堆燃料核芯的最优选择之一。但由于微堆用UO2芯块成型后直径很小(约5.41mm)，为了保证芯块外观质量，目前常用的成型方法主要为手动压制成型。但手动成型工艺流程长、影响因素多，成型效率低、周期长；不仅如此，手动成型的生坯烧结后，还需要进行磨削达到要求尺寸，造成大量的物料浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种低浓化微堆用UO2燃料芯块生坯的自动成型方法，以克服现有技术存在的上述不足。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种低浓化微堆用UO2燃料芯块生坯的自动成型方法，包括以下步骤：
步骤1，将UO2粉末压制成块；然后使用颗粒机破碎，再使用筛分机筛分，获得100～500μm粒度的UO2粉末；添加润滑剂，添加量为UO2粉末质量的0.1～ 0.5wt％，均匀混料；
步骤2，采用机械压机进行芯块成型，生坯高度控制在4～7mm，生坯密度控制在5.2～5.4g/cm3；将压块模具置于压机全自动机械上，压机上、下冲头的固定方式为T型槽，上冲头尺寸Φ18～24mm及Φ8～12mm，厚度各为3～8mm，阴模为上下卡槽设计，卡槽距离阴模端部为12～18mm，阴模外径为Φ60～70mm，卡槽外径为Φ55～65mm；调整压机凸轮转速为10～15r/min，保证芯块成型速率控制在10～15块/min；通过调整料靴振动填装，并在填装位置暂停1～3s，保证 UO2粉末充分填装空腔，填装重量偏差控制在±0.01～0.03g；通过调整上冲头上下位置精确控制成型后芯块高度，高度偏差为±0.01mm；
步骤3，UO2燃料芯块烧结属于固相烧结，在氢气气氛下还原烧结。
芯块直径为Φ4.3+0.060mm，芯块高度为5±0.2mm，芯块垂直度偏差≤0.04mm，芯块表面粗糙度优于Ra0.5μm；芯块密度10.41～10.74g/cm3。
所述的步骤1中通过内部直径为30～70mm的压块模具将UO2粉末压制成块，压制压力为10～55T。
所述的步骤1中润滑剂为阿克蜡或硬脂酸锌。
所述的步骤1中使用V型混料机或三维混料机均匀混料，混料时间为0.5～ 5h。
所述的步骤2中采用K6机械压机。
所述的步骤3中烧结温度控制在1600～1850℃，保温时间控制在3～8h。
本发明所取得的有益效果为：
采用手动成型时，每小时可以成型约60块，成型54000块芯块需要90天，而采用自动成型方案，成型54000块芯块仅用24天时间，成型效率提升了三倍以上，成效显著；同时由于成型的精准控制，不磨削即可实现尺寸的精确控制，尺寸和密度等指标均满足技术指标要求，提高了物料的利用率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
制备的芯块具体要求：
1、芯块尺寸
芯块直径Φ4.3+0.060mm，芯块高度5±0.2mm，垂直度偏差≤0.04mm，表面粗糙度优于Ra0.5μm。
2、芯块密度
(95～98)％的UO2理论密度，即(10.41～10.74)g/cm3。
本发明所述一种低浓化微堆用UO2燃料芯块生坯的自动成型方法包括以下步骤：
步骤1，UO2粉末造粒
步骤1.1，准备好内部直径为Ф(30～70)mm的压块模具；将UO2粉末压制成块；然后使用颗粒机破碎，再使用筛分机筛分，获得(100～500)μm粒度的UO2粉末，其中压制压力为(10～55)T。
步骤1.2，添加润滑剂(例如：阿克蜡、硬脂酸锌)，添加量为UO2粉末质量的(0.1～0.5)wt％，使用V型混料机、三维混料机等设备均匀混料，混料时间为(0.5～5)h。
步骤2，小尺寸UO2燃料芯块自动成型
采用K6机械压机进行芯块成型，生坯高度控制在(4～7)mm，生坯密度控制在(5.2～5.4)g/cm3。将模具置于K6压机全自动机械上，压机上、下冲头的固定方式为T型槽，上冲头尺寸Φ18～24mm及Φ8～12mm，厚度各为3～8mm，阴模为上下卡槽设计，卡槽距离阴模端部为12～18mm，阴模外径为Φ60～70mm，卡槽外径为Φ55～65mm；通过调整自动压机凸轮转速为10～15r/min，保证芯块成型速率控制在10～15块/min，可以保证芯块外观完整性；通过调整料靴振动填装，并在填装位置暂停1～3s，可以保证UO2粉末充分填装空腔，并可以保证每次填装重量的稳定性，填装重量偏差控制在±0.01～0.03g，保证了芯块成型一致性；通过调整上冲头上下位置，可以精确控制成型后芯块高度，高度偏差为±0.01mm，进而控制芯块生坯密度在精准范围内，实现小尺寸芯块自动成型的质量稳定性。
步骤3，小尺寸UO2燃料芯块烧结
本发明制备的小尺寸UO2燃料芯块烧结属于固相烧结，在氢气气氛下还原烧结，烧结温度控制在(1600～1850)℃，保温时间控制在(3～8)h。

Claims (6)

1.一种低浓化微堆用UO2燃料芯块生坯的自动成型方法，其特征在于：
该方法包括以下步骤：
步骤1，将UO2粉末压制成块；然后使用颗粒机破碎，再使用筛分机筛分，获得100～500μm粒度的UO2粉末；添加润滑剂，添加量为UO2粉末质量的0.1～0.5wt％，均匀混料；
步骤2，采用机械压机进行芯块成型，生坯高度控制在4～7mm，生坯密度控制在5.2～5.4g/cm3；将压块模具置于压机全自动机械上，压机上、下冲头的固定方式为T型槽，上冲头尺寸Φ18～24mm及Φ8～12mm，厚度各为3～8mm，阴模为上下卡槽设计，卡槽距离阴模端部为12～18mm，阴模外径为Φ60～70mm，卡槽外径为Φ55～65mm；调整压机凸轮转速为10～15r/min，保证芯块成型速率控制在10～15块/min；通过调整料靴振动填装，并在填装位置暂停1～3s，保证UO2粉末充分填装空腔，填装重量偏差控制在±0.01～0.03g；通过调整上冲头上下位置精确控制成型后芯块高度，高度偏差为±0.01mm；
步骤3，UO2燃料芯块烧结属于固相烧结，在氢气气氛下还原烧结。
2.根据权利要求1所述的低浓化微堆用UO2燃料芯块生坯的自动成型方法，其特征在于：芯块直径为Φ4.3+0.060mm，芯块高度为5±0.2mm，芯块垂直度偏差≤0.04mm，芯块表面粗糙度优于Ra0.5μm；芯块密度10.41～10.74g/cm3。
3.根据权利要求1所述的低浓化微堆用UO2燃料芯块生坯的自动成型方法，其特征在于：所述的步骤1中通过内部直径为30～70mm的压块模具将UO2粉末压制成块，压制压力为10～55T。
4.根据权利要求1所述的低浓化微堆用UO2燃料芯块生坯的自动成型方法，其特征在于：所述的步骤1中润滑剂为阿克蜡或硬脂酸锌。
5.根据权利要求1所述的低浓化微堆用UO2燃料芯块生坯的自动成型方法，其特征在于：所述的步骤1中使用V型混料机或三维混料机均匀混料，混料时间为0.5～5h。
6.根据权利要求1所述的低浓化微堆用UO2燃料芯块生坯的自动成型方法，其特征在于：所述的步骤3中烧结温度控制在1600～1850℃，保温时间控制在3～8h。
CN201710223504.3A 2017-04-07 2017-04-07 一种低浓化微堆用uo2燃料芯块生坯的自动成型方法 Active CN108695008B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710223504.3A CN108695008B (zh) 2017-04-07 2017-04-07 一种低浓化微堆用uo2燃料芯块生坯的自动成型方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710223504.3A CN108695008B (zh) 2017-04-07 2017-04-07 一种低浓化微堆用uo2燃料芯块生坯的自动成型方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108695008A CN108695008A (zh) 2018-10-23
CN108695008B true CN108695008B (zh) 2021-10-22

Family

ID=63842980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710223504.3A Active CN108695008B (zh) 2017-04-07 2017-04-07 一种低浓化微堆用uo2燃料芯块生坯的自动成型方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108695008B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110164574B (zh) * 2019-07-02 2021-04-02 中国原子能科学研究院 一种蜂窝状燃料芯块的制备方法
CN113003609A (zh) * 2019-12-20 2021-06-22 中核北方核燃料元件有限公司 一种二氧化铀颗粒的等离子球化工艺
CN113035402A (zh) * 2019-12-24 2021-06-25 中核建中核燃料元件有限公司 一种长条形片状uo2芯块的制备方法
CN112851349A (zh) * 2020-12-31 2021-05-28 中核北方核燃料元件有限公司 一种中心开孔芯块成型方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1134746A (en) * 1964-12-14 1968-11-27 Atomic Energy Authority Uk Improvements in or relating to the manufacture of moulded bodies
CN100557720C (zh) * 2003-09-29 2009-11-04 联邦国家统一企业A·A·博奇瓦尔全俄无机材料研究院 生产陶瓷核燃料芯块的方法及实施所述方法所使用的装置和容器
CN105788685A (zh) * 2014-12-26 2016-07-20 中核北方核燃料元件有限公司 环形二氧化铀芯块制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1134746A (en) * 1964-12-14 1968-11-27 Atomic Energy Authority Uk Improvements in or relating to the manufacture of moulded bodies
CN100557720C (zh) * 2003-09-29 2009-11-04 联邦国家统一企业A·A·博奇瓦尔全俄无机材料研究院 生产陶瓷核燃料芯块的方法及实施所述方法所使用的装置和容器
CN105788685A (zh) * 2014-12-26 2016-07-20 中核北方核燃料元件有限公司 环形二氧化铀芯块制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
The micro-reactor testing of catalysts and fuel delivery apparatuses for diesel autothermal reforming;Inyong Kang et al.;《Catalysis Today》;20080303;第249-257页 *
微型反应堆燃料低浓化可行性初步研究;熊厚华 等;《原子能科学技术》;20080930;第42卷;第209-211页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108695008A (zh) 2018-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108695008B (zh) 一种低浓化微堆用uo2燃料芯块生坯的自动成型方法
US10689776B2 (en) Preparation method of monocrystal uranium dioxide nuclear fuel pellets
CN106653126A (zh) 一种环形uo2燃料芯块制备方法及模具
CN110415845B (zh) 一种高铀密度复合燃料芯块及其制备方法
CN110164574B (zh) 一种蜂窝状燃料芯块的制备方法
CN101740150B (zh) 环形uo2燃料芯块的制备方法
CN104724763A (zh) 高压实三元正极材料的制备方法
CN102757228B (zh) 一种压电陶瓷球壳的制备方法
CN107828384A (zh) 一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯‑壳结构
CN105788685A (zh) 环形二氧化铀芯块制备方法
CN109461509B (zh) 惰性基体弥散燃料芯块及其制备方法
CN104446478A (zh) 一种二氧化钍芯块制备方法
CN108751975A (zh) 一种聚变堆固态包层中氚增殖陶瓷小球的制备方法
KR101182290B1 (ko) 니켈 산화물과 알루미늄 산화물을 첨가한 이산화우라늄 소결체의 제조방법
CN109872826B (zh) 一种用于反应堆的燃料元件及其制备方法
CN108538409B (zh) 一种二氧化铀/纳米金刚石核燃料芯块的快速制备方法及其产品
CN110085338A (zh) UO2/Cr复合燃料芯块的制备方法以及制备装置
Rhee et al. Fabrication of sintered annular fuel pellet for HANARO irradiation test
KR100982664B1 (ko) 환형 핵연료 소결체 제조방법
CN205147308U (zh) 用于制作带有斜孔的硬质合金刀垫的压模
CN109994235B (zh) 一种uo2燃料芯块的制备方法
CN108249927A (zh) 一种fcm芯块无压致密化烧结方法
GB1137939A (en) A process for the production of spherical graphite fuel elements
CN113012835A (zh) 一种含钆环形二氧化铀芯块的制备方法
RU2428757C1 (ru) Способ изготовления таблеток ядерного оксидного топлива

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant