DE10204166B4 - Process for the production of fuel cores for high-temperature reactor fuel elements (HTR) by circulating the fuel particles during calcining and reducing / sintering in a cascade rotary kiln and the design of furnaces - Google Patents

Process for the production of fuel cores for high-temperature reactor fuel elements (HTR) by circulating the fuel particles during calcining and reducing / sintering in a cascade rotary kiln and the design of furnaces Download PDF

Info

Publication number
DE10204166B4
DE10204166B4 DE10204166A DE10204166A DE10204166B4 DE 10204166 B4 DE10204166 B4 DE 10204166B4 DE 10204166 A DE10204166 A DE 10204166A DE 10204166 A DE10204166 A DE 10204166A DE 10204166 B4 DE10204166 B4 DE 10204166B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel
crucible
particles
rotary kiln
production
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.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10204166A
Other languages
German (de)
Other versions
DE10204166A1 (en
Inventor
Milan Dr. Hrovat
Rainer Dr. Schulten
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.)
ALD Vacuum Technologies GmbH
Original Assignee
ALD Vacuum Technologies GmbH
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 ALD Vacuum Technologies GmbH filed Critical ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority to DE10204166A priority Critical patent/DE10204166B4/en
Publication of DE10204166A1 publication Critical patent/DE10204166A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10204166B4 publication Critical patent/DE10204166B4/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
    • G21C3/58—Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
    • G21C3/62—Ceramic fuel
    • 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)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Muffle Furnaces And Rotary Kilns (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Brennstoffkernen für Hochtemperatur-Reaktor- Brennelemente, dadurch gekennzeichnet, daß die getrockneten Brennstoffteilchen, gefertigt nach einem trocken- oder naßchemischen Verfahren, bei den Fertigungsschritten Kalzinieren, Reduzieren und Sintern in einem Drehrohrofen mit integrierten Tiegelformteilen bewegt werden und die Tiegelformteile bodenseitig Durchbrechungen zum Durchtritt der Teilchen aufweisen und aufeinanderfolgend versetzt angeordnet sind.A process for the production of fuel cores for high-temperature reactor fuel elements, characterized in that the dried fuel particles, manufactured according to a dry or wet chemical process, are moved in the calcining, reducing and sintering production steps in a rotary tube furnace with integrated crucible shaped parts and the crucible shaped parts have openings on the bottom have for the passage of the particles and are successively staggered.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Brennstoffkernen durch Kalzinieren, Reduzieren und Sintern.The invention relates to a method for the production of fuel cores by calcining, reducing and sintering.

Bei gasgekühlten Hochtemperatur-Kernreaktoren kommen Brennelemente aus Graphit in kugelförmiger und in prismatischer Form zur Anwendung. Dabei dient Graphit als Strukturmaterial und als Moderator.For gas-cooled high-temperature nuclear reactors fuel elements made of graphite come in spherical and in prismatic Form for use. Graphite serves as a structural material and as Moderator.

Die verschiedenen Typen von HTR-Brennelementen sind u. a. beschrieben in den nachfolgenden Veröffentlichungen:

  • D1) Landis J.W., Everett, J.L, Fortescue, P., Goodjohn, A.J., Trauger, D.B.: Gas-Cooled Reactor Development in the United States, 4. Genfer Atomkonferenz 49-P-833, Sept. 1971;
  • D2) Hrovat, M., Rachor, L., Huschka, N.: Fabrication and Properties of Molded Block Fuel Elements for HTGRS, Proceedings of the European Nuclear Conference, Paris 1975, Paper G 2,
  • D3) Hrovat, M., Huschka, H., Mehner, A.-W., Warzawa W.: Spherical Fuel Elements for Small and Medium Sized HTR, Nuclear Engineering and Design, 109, 1988 , S. 253–256.
The different types of HTR fuel elements are described in the following publications:
  • D1) Landis JW, Everett, JL, Fortescue, P., Goodjohn, AJ, Trauger, DB: Gas-Cooled Reactor Development in the United States, 4th Geneva Atomic Conference 49-P-833, Sept. 1971;
  • D2) Hrovat, M., Rachor, L., Huschka, N .: Fabrication and Properties of Molded Block Fuel Elements for HTGRS, Proceedings of the European Nuclear Conference, Paris 1975, Paper G 2,
  • D3) Hrovat, M., Huschka, H., Mehner, A.-W., Warzawa W .: Spherical Fuel Elements for Small and Medium Sized HTR, Nuclear Engineering and Design, 109, 1988, pp. 253-256.

Unabhängig von der Brennelementform wird bei allen Brennelement-Typen der Brenn- und Brutstoff in Form von beschichteten Teilchen (coated particles) eingesetzt. Die beschichteten Teilchen sind etwa 0,5 mm große Kügelchen (Brennstoffkerne), vorzugsweise aus Uranoxid, und zur Rückhaltung der während des Reaktorbetriebes entstehenden Spaltprodukte mit Pyrokohlenstoff und Siliziumcarbid mehrfach beschichtet.Regardless of the fuel element shape the fuel and brood is in the form of all fuel element types of coated particles. The coated Particles are about 0.5 mm in size globule (Fuel cores), preferably made of uranium oxide, and to retain the while of the reactor operation resulting fission products with pyrocarbon and silicon carbide coated several times.

Zur Zeit werden alle im Betrieb, im Bau und in der Planung befindlichen Hochtemperatur-Reaktoren für den Brennstoffzyklus mit niedrig angereichertem Uran ausgelegt. Folglich bestehen die Brennstoffkerne aus Uranoxid (UO2). Der Anreicherungsgrad an Uranisotop U-235 beträgt etwa 10 %, der Rest, U-238, dient als Brutstoff.All high-temperature reactors currently in operation, under construction and in planning are currently being designed for the fuel cycle with low-enriched uranium. As a result, the fuel cores consist of uranium oxide (UO 2 ). The degree of enrichment of uranium isotope U-235 is about 10%, the rest, U-238, is used as breeding material.

Um Brennelemente herzustellen, die während der gesamten Verweilzeit im Reaktor ein hohes Rückhaltevermögen für feste und gasförmige Spaltprodukte aufweisen, werden an die Brennstoffkerne hohe Anforderungen gestellt: Sie müssen rund sein, geringe Durchmesserabweichungen aufweisen, eine nahezu theoretische Dichte besitzen und frei von Verunreinigungen und Rissen sein.To make fuel assemblies that while a high retention capacity for solid and gaseous fission products during the entire residence time in the reactor have high demands on the fuel cores: You need to be round, have small deviations in diameter, almost have theoretical density and free of impurities and cracks his.

Zur Herstellung von Brennstoffkernen sind trockene und naßchemische Verfahren bekannt. Bei trockenen Verfahren wird ein feingemahlenes UO2 oder U3O8 Pulver unter Zusatz von organischen Hilfsstoffen und Wasser oder organischen Lösungsmitteln durch mechanische Bewegungen zu kugelförmigen Teilchen agglomeriert. Nach dem Trocknen werden die Teilchen zum Herausbrennen der organischen Hilfsstoffe kalziniert, danach in Wasserstoffatmosphäre reduziert und abschließend zu UO2 Kernen gesintert. Das Verfahren ist beschrieben in:

  • D4): Price, M.S.T., Gaugh, F.G., Horsley, G.W.: Fuel element fabrication for the DRAGON reactor experiment J. Brit. Nucl. Energy Soc. 5, 1966, S 361.
Dry and wet chemical processes are known for the production of fuel cores. In dry processes, a finely ground UO 2 or U 3 O 8 powder is agglomerated into spherical particles by mechanical movements with the addition of organic auxiliaries and water or organic solvents. After drying, the particles are calcined to burn out the organic auxiliaries, then reduced in a hydrogen atmosphere and finally sintered to form UO 2 cores. The procedure is described in:
  • D4): Price, MST, Gaugh, FG, Horsley, GW: Fuel element fabrication for the DRAGON reactor experiment J. Brit. Nucl. Energy Soc. 5, 1966, p 361.

Zur Herstellung von Brennstoffkernen nach dem naßchemischen Verfahren wurde eine Reihe von Verfahren bekannt, wobei im Wesentlichen zwei, das Sol-Gel-Verfahren und das Gel-Fällungsverfahren zur Produktionsreife entwickelt wurden und somit technisch-wirtschaftliche Bedeutung erlangten.For the production of fuel cores after the wet chemical A number of methods have been known, essentially two, the sol-gel process and the gel precipitation process for production were developed and thus technical-economic importance obtained.

Das Sol-Gel-Verfahren wurde vom ORNL (Oak Ridge National Laboratory, USA) entwickelt, weil es in zunehmendem Maße eine große Variationsbreite der Kerne verschiedener Größe bei hohen Durchsätzen und enger Durchmesserverteilung der Kerne zuläßt. Das Verfahren ist beschrieben in:

  • D5): Wymer, R.G.: Laboratory and Engineering Studies of Sol-Gel-Processes Oak Ridge National Laboratory Oak Ridge National Laboratory, Report No. ORNL-TM-2205, 1968
  • D6): Haws, C.C., Finuey, B.C., Bond, W.D.: Engineeringscale Demonstration of the Sol-Gel Process, Preparation of 100 kg of ThO2–UO2 Microspheres at the Rate of 10 kg/day, ORNL Report No. 4544, 1971.
The sol-gel process was developed by the ORNL (Oak Ridge National Laboratory, USA) because it increasingly allows a wide range of variation of the cores of different sizes with high throughputs and narrow diameter distribution of the cores. The procedure is described in:
  • D5): Wymer, RG: Laboratory and Engineering Studies of Sol-Gel-Processes Oak Ridge National Laboratory Oak Ridge National Laboratory, Report No. ORNL-TM-2205, 1968
  • D6): Haws, CC, Finuey, BC, Bond, WD: Engineering Scale Demonstration of the Sol-Gel Process, Preparation of 100 kg of ThO 2 –UO 2 Microspheres at the Rate of 10 kg / day, ORNL Report No. 4544, 1971.

Das Gel-Fällungsverfahren wurde in Deutschland hauptsächlich zur Herstellung von Brennelementen für den AVR (Arbeitsgemeinschafts-Versuches-Reaktor) und den THTR (Thorium-Hochtemperatur-Reaktor) entwickelt.The gel precipitation process was in Germany mainly for the production of fuel elements for the AVR (consortium test reactor) and developed the THTR (high-temperature thorium reactor).

In den 70er und 80er Jahren wurden nach diesem Verfahren insgesamt Brennstoffkerne für etwa 1,2 Millionen Brennelementkugeln gefertigt, was etwa 12.000 kg Kernen entspricht.In the 70s and 80s using this method, total fuel cores for about 1.2 Millions of fuel balls manufactured, which is about 12,000 kg cores equivalent.

Bei der Herstellung nach diesem Verfahren wird eine Uranilnitratlösung mit Zusätzen von organischen Hilfsstoffen zur Einstellung der Viskosität und Oberflächenspannung durch Vibration vertropft. Um Kerne nach dem Sintern von etwa 0,5 mm Durchmesser zu erhalten, beträgt der Durchmesser der Vertropfungsdüsen etwa 4 mm. Beim Vertropfen werden durch die Reaktion mit NH3 Gas, dann mit der AlH4 OH Lösung, die Ammoniumdiuranat (ADU) sphärischen Teilchen als Gel gefällt. Anschließend werden die Teilchen mit Ammoniakwasser frei von NH4 NO3 gewaschen, mit Isopropanol entwässert und bei 80°C im Unterdruck unter Rückgewinnung des Isopropanols getrocknet. Die getrockneten Teilchen werden an der Luft bei einer maximalen Temperatur von etwa 350°C kalziniert und dabei werden das Ammoniumdiuranat (ADU) und die organische Hilfsstoffe thermisch zersetzt. Anschließend werden die kalzinierten Teilchen in einer Atmosphäre, bestehend aus Wasserstoff und Inertgas, zu UO2 reduziert und gleichzeitig bei einer maximalen Temperatur von etwa 1700°C auf die End- Dichte gesintert.In the production according to this method, a uranium nitrate solution with additions of organic auxiliaries for adjusting the viscosity and surface tension is dripped by vibration. In order to obtain cores of approximately 0.5 mm in diameter after sintering, the diameter of the dropletizing nozzles is approximately 4 mm. When droplets are formed, the ammonium diuranate (ADU) spherical particles are precipitated as a gel by reaction with NH 3 gas, then with the AlH 4 OH solution. The particles are then washed free of NH 4 NO 3 with ammonia water, dewatered with isopropanol and dried at 80 ° C. under reduced pressure to recover the isopropanol. The dried particles are calcined in air at a maximum temperature of about 350 ° C and the ammonium diuranate (ADU) and the organic auxiliaries are thermally decomposed. The calcined particles are then reduced to UO 2 in an atmosphere consisting of hydrogen and inert gas and simultaneously sintered to the final density at a maximum temperature of approximately 1700 ° C.

Die letzten drei Fertigungsschritte: Kalzinieren, Reduzieren und Sintern, werden bei allen bekannt gewordenen Verfahren (trocken und naßchemisch) durchgeführt. Zum Kalzinieren werden die Teilehen als lose Schüttung auf Schalen oder Bleche, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, ausgebreitet und wärmebehandelt. Zum Reduzieren und Sintern werden die kalzinierten Teilchen auf Molybdän-Schiffchen ebenfalls als lose Schüttung ausgebreitet und durch den Ofen geschoben. Das Verfahren ist beschrieben in der Veröffentlichung

  • D7): Kadner, M., Baier, J.: Über die Herstellung von Brennstoffkernen für Hochtemperaturreaktor-Brennelemente, Kerntechnik 18, Jahrgang 1976, Nr. 10.
The last three production steps: calcining, reducing and sintering are carried out in all known processes (dry and wet chemical). For the calcination, the parts are spread out as a loose bed on trays or sheets, preferably made of stainless steel, and heat-treated. To reduce and sinter the calcined particles on molybdenum boats are also spread out as a loose bed and pushed through the furnace. The procedure is described in the publication
  • D7): Kadner, M., Baier, J .: On the production of fuel cores for high-temperature reactor fuel elements, Kerntechnik 18, year 1976, No. 10.

Bei der Wärmebehandlung (Kalzinieren, Reduzieren und Sintern) werden die Teilchen mechanisch hoch belastet. Bereits beim Kalzinieren verringert sich das Volumen der Teilchen um etwa den Faktor 2,5. Hinzu kommt eine innere Druckbelastung als Folge des Druckaufbaus bei der Zersetzung von Ammoniumdiuranat (ADU) und organischen Hilfsstoffen. Die Spannungsbelastung der Teilchen setzt sich beim Reduzieren und Sintern fort. Dabei verringert sich das Volumen der Teilchen um einen weiteren Faktor von etwa 4,5. Außerdem werden die Teilchen zusätzlich durch thermische Spannungen belastet, was insbesondere in einer schlecht wärmeleitenden Schüttung von RUHENDEN Teilchen hervorgerufen wird. Bei einer ruhenden Schüttung durchlaufen die Teilchen der unteren Schichten, verglichen mit den Teilchen der oberen Schichten, eine unterschiedliche Temperatur-Zeit-Geschichte. Insbesonders betrifft dies die Teilchen, die unmittelbar mit dem Schalen- oder Schiffchen-Werkstoff in Berührung kommen. Folglich läßt es sich nicht vermeiden, daß bei fertiggesinterten Brennstoffkernen Eigenschaftsschwankungen auftreten und dabei einige Teilchen reißen bzw. einige wenige fertiggesinterte Brennstoffkerne latente Risse aufweisen. Dieser Anteil ist relativ gering und beträgt weniger als 0,1 %. Da an die Brennelemente für HTR-Einkreisanlagen mit Heliumturbine extrem hohe Forderungen bezüglich der Rückhaltung für feste und gasförmige Spaltprodukte gestellt werden, ist dieser Anteil fehlerhafter Brennstoffkerne unzulässig. Die Kernfragmente der gerissenen Teilchen können durch anschließendes Sieben und Sortieren weitgehend abgetrennt werden. Dennoch verbleibt ein kleiner, unzulässiger Anteil von Kernfragmenten und Kerne mit latenten Rissen. Der Anteil an Kernen mit latenten Rissen übersteht den Beschichtungsvorgang in Wirbelbettanlagen nicht und ist hauptsächlich dafür verantwortlich, daß die Schichten aus Pyrokohlenstoff und Siliziumkarbid mit Uran kontaminiert werden. Ferner werden die verbliebenen und durch Wirbeln hervorgerufene Kernfragmente unregelmäßig beschichtet. Die beiden Unregelmäßigkeiten, Kontamination der Schichten und unregelmäßige Beschichtung der Kernfragmente vermindern das Rückhaltevermögen der Brennelemente für feste und gasförmige Spaltprodukte erheblich.With heat treatment (calcining, Reduce and sinter) the particles are subjected to high mechanical stress. The volume of the particles already decreases during calcining by about a factor of 2.5. There is also an internal pressure load as a result the pressure build-up in the decomposition of ammonium diuranate (ADU) and organic auxiliaries. The voltage load on the particles sets continue to reduce and sinter. This reduces it Volume of the particles by a further factor of about 4.5. Also be the particles in addition burdened by thermal stresses, which is particularly in a poorly thermally conductive fill of Dormant particles. Run through when the bed is at rest the particles of the lower layers compared to the particles of the upper layers, a different temperature-time history. In particular, this affects the particles that are directly related to the Shell or boat material come into contact. Hence it can be not avoid that at Finished sintered fuel nuclei occur and tear some particles or a few finished sintered fuel cores have latent cracks. This proportion is relatively small and is less than 0.1%. There the fuel for HTR Einkreisanlagen with helium turbine extremely high requirements regarding the retention for solid and gaseous fission products this proportion of faulty fuel cores is not permitted. The Core fragments of the cracked particles can then be sieved and sorting are largely separated. Still remains smaller, inadmissible Proportion of core fragments and cores with latent cracks. The amount on cores with latent cracks the coating process in fluidized bed systems and is mainly responsible for that the Layers of pyrocarbon and silicon carbide contaminated with uranium become. Furthermore, those that remain and are caused by whirling Core fragments coated irregularly. The two irregularities Contamination of the layers and irregular coating of the core fragments reduce the retention of the Fuel assemblies for solid and gaseous Fission products considerably.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren zur Herstellung von Brennstoffkernen auszuarbeiten, das es gestattet, die Bildung von Rissen, die zu Fragmenten führen oder latente Risse bei der Wärmebehandlung der Teilchen (Kalzinieren, Reduzieren und Sintern) hervorrufen, zu beheben und außerdem eine Vergleichmäßigung der angestrebten Kernqualität zu erreichen.The object of the invention is therefore to develop a process for the production of fuel cores, that allows the formation of cracks that lead to fragments or latent cracks during heat treatment the particles (calcining, reducing and sintering), fix and also an equalization of the desired core quality to reach.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmebehandlung der getrockneten Brennstoffteilchen zum Kalzinieren, Reduzieren und Sintern in einem Drehrohrofen mit integrierten Tiegelformteilen (Kaskaden) erfolgt. Der Ofen besteht aus einem beiderseitig gelagerten und geneigten Rohr. Im Rohrinneren sind Tiegelformteile (Kaskaden) integriert. Die Tiegelformteile weisen bodenseitig Durchbrechungen zum Durchtritt der Teilchen auf und sind aufeinanderfolgend versetzt angeordnet. Bei einer Umdrehung des Rohres bewegen sich die Teilchen schonend in den nächsten, in Fließrichtung befindlichen Tiegelformteil (Kaskade). Die Bodenrestfläche des Tiegelformteils beträgt etwas mehr als 50 %. Sie verhindert das Durchrutschen der Teilchen in der Drehachse und dient als Strahlenschirm. Folglich wird eine optimale Quermischung der bewegten (umgewälzten) Teilchen ohne Vermischung mit den Teilchen in den Nachbarkammern (Kaskaden) gewährleistet.The object is achieved in that the heat treatment the dried fuel particles for calcining, reducing and sintering in a rotary kiln with integrated crucible shaped parts (Cascades). The oven consists of a bilateral and inclined pipe. Inside the tube are molded crucible parts (cascades) integrated. The crucible shaped parts have openings on the bottom to pass through the particles and are successively offset arranged. With one revolution of the tube, the particles move gently in the next, in the flow direction located crucible molding (cascade). The remaining floor area of the Crucible molding just over 50%. It prevents the particles from slipping in the axis of rotation and serves as a radiation shield. Consequently, one optimal cross-mixing of the moving (circulated) particles without mixing with the particles in the neighboring chambers (cascades) guaranteed.

Außerdem wird ein definierter Teilchenstrom entlang des gesamten Ofens erzielt.In addition, a defined Particle flow is achieved along the entire furnace.

Das sind die wichtigsten Voraussetzungen für die Vergleichmäßigung der angestrebten Kernqualität und zur Vermeidung von Rißbildung.These are the most important requirements for the equalization of the desired core quality and to avoid cracking.

Die Öfen zum Kalzinieren und Reduzieren/Sintern sind vom Aufbau her identisch. Sie unterscheiden sich hauptsächlich voneinander bezüglich der max. Temperatur und der Ofenatmosphäre. Der Kalzinierungsofen ist für eine max. Temperatur von etwa 400°C ausgelegt und wird mit Luft gespült. Folglich können das Außenrohr und die Tiegelformteile aus den üblichen rostfreien Stählen bestehen, die für den Einsatz unter Luft in diesem Temperaturbereich geeignet sind.The calcining and reducing / sintering furnaces are identical in structure. They differ mainly from each other regarding the max. Temperature and the furnace atmosphere. The calciner is for a max. Temperature of about 400 ° C designed and is purged with air. Hence can the outer tube and the crucible molded parts from the usual stainless steels exist for the Use in air in this temperature range are suitable.

Reduzieren und Sintern erfolgen gemeinsam in einem zweiten Ofen, der für eine max. Temperatur von 1700°C und eine reduzierende Atmosphäre (Gemisch aus H2 und Inertgas) ausgelegt ist. Als Werkstoff für das Außenrohr und die Tiegelformteile kommen Molybdän oder Wolfram in frage.Reduction and sintering take place together in a second furnace, which is used for a max. Temperature of 1700 ° C and a reducing atmosphere (mixture of H 2 and inert gas) is designed. Molybdenum or tungsten can be used as the material for the outer tube and the crucible shaped parts.

Um die Erfindung zu verdeutlichen, sind nachfolgend die Verfahrensabläufe und die wichtigen Merkmale des Verfahrens näher beschrieben. Diese sind den Zeichnungen (1 bis 4) zu entnehmen.In order to clarify the invention, the process sequences and the important features of the method are described in more detail below. These are the drawings ( 1 to 4 ) men.

1 zeigt in schematischer Darstellung das Prinzip eines Kaskaden-Drehrohrofens zum Kalzinieren und Reduzieren/Sintern. 1 shows a schematic representation of the principle of a cascade rotary kiln for calcining and reducing / sintering.

In 2 ist die Vorderansicht eines im Drehrohrofen nach 1 angeordneten Tiegelformteils (Kaskade) dargestellt.In 2 is the front view of one in the rotary kiln after 1 arranged crucible molding (cascade) shown.

3 zeigt das Tiegelformteil nach 2 in Seitenansicht und 4 die Draufsicht des Tiegelformteils. 3 shows the crucible molding 2 in side view and 4 the top view of the crucible molding.

Der schematisch in 1 dargestellte Längsschnitt eines Drehrohrofens (10) besteht aus einem äußeren Rohr (12) mit einer Innenauskleidung (14), dem über einen Vorratsbehälter (16A) und einem Zufuhrrohr (18) durch Vibration die Brennstoffteilchen zugeführt werden.The schematic in 1 shown longitudinal section of a rotary kiln ( 10 ) consists of an outer tube ( 12 ) with an inner lining ( 14 ), via a storage container ( 16A ) and a feed pipe ( 18 ) the fuel particles are supplied by vibration.

Die Auskleidung (14) setzt sich aus aneinandergereihten Tiegelformteilen (Kaskaden) zusammen, die mit dem Bezugszeichen (16) versehen sind.The lining ( 14 ) is made up of molded crucible parts (cascades), which are identified by the reference symbol ( 16 ) are provided.

Details der entsprechenden Tiegelformteile (Kaskaden) (16) ergeben sich aus den Darstellungen 2 bis 4.Details of the corresponding crucible shaped parts (cascades) ( 16 ) result from the representations 2 to 4 ,

So ist jeder Tiegel (16) als hohlzylindrischer Körper mit einer Umfangswandung (18), einer Teilbodenfläche (20) sowie einer Öffnung (22) ausgebildet.So every crucible is ( 16 ) as a hollow cylindrical body with a peripheral wall ( 18 ), a partial floor area ( 20 ) and an opening ( 22 ) educated.

Die Bodenfläche (20) weist einen Ausschnitt (24) auf, der sich bis zur Seitenwandung (18) erstreckt. Folglich ergibt sich im Bodenbereich (20) eine Ausklinkung die in 2 mit dem Bezugszeichen (26) gekennzeichnet ist.The floor area ( 20 ) has a section ( 24 ) which extends up to the side wall ( 18 ) extends. As a result, in the floor area ( 20 ) a notch that in 2 with the reference symbol ( 26 ) is marked.

Der Ausschnitt (24) beträgt weniger als 50 % des Querschnitts des Tiegels (16), so daß sich der geschlossene Bodenbereich (20) bis über die Mittelachse (28) des Tiegels (16) erstreckt.The cutout ( 24 ) is less than 50% of the cross-section of the crucible ( 16 ), so that the closed floor area ( 20 ) up to the central axis ( 28 ) of the crucible ( 16 ) extends.

Um die in dem Außenrohr (12) angeordneten Tiegel (16) aneinanderzureihen und als Einheit derart auszubilden, daß diese gegeneinander nicht verdrehbar sind, greifen die aneinanderstoßenden Tiegel (16) in Art einer Verzahnung ineinander. Dabei wird der Ausklinkung (26) des einen Tiegels eine entsprechende Ausklinkung im Stirnbereich des nachfolgenden Tiegels deckungsgleich angepaßt. Eine entsprechende Ausklinkung des Tiegels (16) der 2 bis 4 weist das Bezugszeichen (30) auf.To the in the outer tube ( 12 ) arranged crucibles ( 16 ) to line up and to form as a unit so that they can not be rotated against each other, the abutting crucibles ( 16 ) in the manner of interlocking. The notch ( 26 ) of a crucible, a corresponding notch in the end region of the subsequent crucible is congruently adapted. Appropriate release of the crucible ( 16 ) the 2 to 4 the reference symbol ( 30 ) on.

Ferner sind die Ausklinkungen (30) der Tiegel (16) derart aufeinander ausgerichtet, daß die Bodenfläche (20) der aufeinanderfolgenden Tiegel (16) versetzt zueinander verlaufen, und zwar um einen Winkel, der im Bereich zwischen 30° und 60° liegt, vorzugsweise jedoch bei 45°.The notches ( 30 ) the crucible ( 16 ) aligned in such a way that the floor surface ( 20 ) the successive crucibles ( 16 ) run offset to each other, namely by an angle that is in the range between 30 ° and 60 °, but preferably at 45 °.

Sind die Tiegel (16) untereinander durch die Verzahnung gegen ein Verdrehen gesichert, so werden die Tiegel (16), die die Auskleidung (14) in Form eines Innenrohres bilden, gegen ein Verdrehen gegenüber dem Außenrohr dadurch gesichert, daß eine axiale Federvorspannung erfolgt. Dies ist beispielhaft in 1 eingezeichnet (Bezugszeichen 32). Das Außenrohr (12) ist des weiteren gleichfalls vorzugsweise über Federelemente (34) und (36) gegen ein Festlager (38) bzw. ein Loslager (40) vorgespannt, um auf diese Weise sicherzustellen, daß das Außenrohr (12) im erforderlichen Umfang unabhängig von den auftretenden temperaturbedingten Ausdehnungen gedreht werden kann.Are the crucibles ( 16 ) secured against twisting by the teeth, the crucibles ( 16 ) which the lining ( 14 ) Form in the form of an inner tube, secured against twisting relative to the outer tube by an axial spring preload. This is exemplified in 1 drawn in (reference number 32 ). The outer tube ( 12 ) is also preferably via spring elements ( 34 ) and ( 36 ) against a fixed camp ( 38 ) or a floating bearing ( 40 ) to ensure that the outer tube ( 12 ) can be rotated to the required extent regardless of the temperature-related expansions that occur.

Die über das Zufuhrrohr (18) dem Drehrohrofen (10) zugeführten Teilchen werden durch Drehen des Außenrohres (17) und damit durch das Mitbewegen des Innenrohres (14) von Tiegel (16) zu Tiegel (16) befördert.The over the feed pipe ( 18 ) the rotary kiln ( 10 ) particles are fed in by rotating the outer tube ( 17 ) and thus by moving the inner tube ( 14 ) from crucible ( 16 ) to crucible ( 16 ) promoted.

Am Ausgang des Rohrofens (10) befindet sich ein Auffangbehälter (42), in dem die kalzinierten Brennstoffteilchen oder gesinterten Brennstoffkerne aufgefangen werdenAt the exit of the tube furnace ( 10 ) there is a collecting container ( 42 ), in which the calcined fuel particles or sintered fuel cores are collected

Claims (11)

Verfahren zur Herstellung von Brennstoffkernen für Hochtemperatur-Reaktor- Brennelemente, dadurch gekennzeichnet, daß die getrockneten Brennstoffteilchen, gefertigt nach einem trocken- oder naßchemischen Verfahren, bei den Fertigungsschritten Kalzinieren, Reduzieren und Sintern in einem Drehrohrofen mit integrierten Tiegelformteilen bewegt werden und die Tiegelformteile bodenseitig Durchbrechungen zum Durchtritt der Teilchen aufweisen und aufeinanderfolgend versetzt angeordnet sind.A process for the production of fuel cores for high-temperature reactor fuel elements, characterized in that the dried fuel particles, manufactured according to a dry or wet chemical process, are moved in the calcining, reducing and sintering production steps in a rotary tube furnace with integrated crucible shaped parts and the crucible shaped parts have openings on the bottom have for the passage of the particles and are successively staggered. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen in einer Menge durch den Drehrohrofen geführt werden, daß das Volumen der Teilchen sich zum Volumen des von den Kaskaden umgebenen Raumes verhält wie 1:2 bis 1:4, vorzugsweise 1:3.A method according to claim 1, characterized in that the Particles are passed through the rotary kiln in an amount that this Volume of the particles becomes the volume of that surrounded by the cascades Room behaves as 1: 2 to 1: 4, preferably 1: 3. Vorrichtung zur Durchführung des verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausschnitt (24) von weniger als 50 % der Bodenfläche des Tiegelformteils (16) die bodenseitige Durchbrechung der Tiegelformteile des Drehrohrofens zum Durchtritt der Teilchen bildet und außerhalb der Längsachse (28) verläuft.Device for carrying out the method according to claim 1 or 2, characterized in that a cutout ( 24 ) less than 50% of the bottom surface of the crucible molding ( 16 ) forms the bottom opening of the crucible shaped parts of the rotary kiln for the passage of the particles and outside the longitudinal axis ( 28 ) runs. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Tiegel (16) verzahnt ineinander greifen.Apparatus according to claim 3, characterized in that the successive crucibles ( 16 ) interlock. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (24) sich bis zur Tiegelumfangswandung (18) erstreckende Ausschnitte sind.Device according to claim 3, characterized in that the openings ( 24 ) up to the wall of the crucible ( 18 ) are extending sections. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinandergereihten Tiegel (16) in Längsrichtung federvorgespannt sind.Device according to Claim 3, characterized in that the crucibles ( 16 ) are spring biased in the longitudinal direction. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Tiegel (16) gegenüber dem Rohr (12) verdrehgesichert ist.Apparatus according to claim 3, characterized in that at least one crucible ( 16 ) opposite the pipe ( 12 ) is secured against rotation. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschnitte (24) von aufeinanderfolgenden Tiegeln (16) um einen Winkel α mit 30° ≤ α ≤ 60° gegeneinander versetzt verlaufen.Device according to claim 3, characterized in that the cutouts ( 24 ) of successive crucibles ( 16 ) are offset by an angle α with 30 ° ≤ α ≤ 60 °. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschnitte (24) eines jeden Tiegels (16) gleich groß sind.Device according to claim 3, characterized in that the cutouts ( 24 ) of each crucible ( 16 ) are the same size. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrohrofen (10) für eine Betriebstemperatur von etwa 400°C ausgelegt ist und das Rohr (12) und die Tiegelformteile (16) aus den üblichen rostfreien Stählen bestehen, die für den Einsatz unter Luft in diesem Temperaturbereich eingesetzt werden.Device according to claim 3, characterized in that the rotary kiln ( 10 ) is designed for an operating temperature of around 400 ° C and the pipe ( 12 ) and the crucible shaped parts ( 16 ) consist of the usual stainless steels that are used for use in air in this temperature range. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrohrofen (10) für eine Betriebstemperatur von ca. 1700°C ausgelegt ist und zur Herstellung des Rohres (12) und der Tiegelformteile (16) Molybdän oder Wolfram verwendet wird.Device according to claim 3, characterized in that the rotary kiln ( 10 ) is designed for an operating temperature of approx. 1700 ° C and for the production of the pipe ( 12 ) and the crucible shaped parts ( 16 ) Molybdenum or tungsten is used.
DE10204166A 2002-02-01 2002-02-01 Process for the production of fuel cores for high-temperature reactor fuel elements (HTR) by circulating the fuel particles during calcining and reducing / sintering in a cascade rotary kiln and the design of furnaces Expired - Fee Related DE10204166B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10204166A DE10204166B4 (en) 2002-02-01 2002-02-01 Process for the production of fuel cores for high-temperature reactor fuel elements (HTR) by circulating the fuel particles during calcining and reducing / sintering in a cascade rotary kiln and the design of furnaces

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10204166A DE10204166B4 (en) 2002-02-01 2002-02-01 Process for the production of fuel cores for high-temperature reactor fuel elements (HTR) by circulating the fuel particles during calcining and reducing / sintering in a cascade rotary kiln and the design of furnaces

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10204166A1 DE10204166A1 (en) 2003-08-21
DE10204166B4 true DE10204166B4 (en) 2004-07-22

Family

ID=27618288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10204166A Expired - Fee Related DE10204166B4 (en) 2002-02-01 2002-02-01 Process for the production of fuel cores for high-temperature reactor fuel elements (HTR) by circulating the fuel particles during calcining and reducing / sintering in a cascade rotary kiln and the design of furnaces

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10204166B4 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006040309B4 (en) 2006-08-29 2009-04-16 Ald Vacuum Technologies Gmbh Spherical fuel assembly and its manufacture for gas-cooled high-temperature ball-puffed nuclear reactors (HTR)
WO2010086431A1 (en) 2009-01-30 2010-08-05 Ald Vacuum Technologies Gmbh Fuel element having fissionable material and fertile material and method for the production thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001058810A1 (en) * 2000-02-11 2001-08-16 Societe Franco-Belge De Fabrication De Combustible - Fbfc Method and device for determining the evolution of a chemical reaction in a kiln and for adjusting the reaction

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001058810A1 (en) * 2000-02-11 2001-08-16 Societe Franco-Belge De Fabrication De Combustible - Fbfc Method and device for determining the evolution of a chemical reaction in a kiln and for adjusting the reaction

Non-Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S.129-184
HAWS C.C.: Engineering-Scale Demonstration of the Sol-Gel Process: Preparation of 100 kg. of Th O2 -UO2 Microspheres at the Rate of 10 kg/day. In: ORNL Report No. 4544, 1971
HROUNAT M. et al.: Spherical Fuel Elements for Small and Medium Sized HTR: In: Nuclear Enginee- ring and Design 109 (1988) S.253-256 *
HROUNAT, M. et al: Fabrication and Properties of Molded Block Fuel Elements For HTGR'S. In: Pro- ceedings of the European Nuclear Conference, Pa- ris 1975, S.90-97
HROUNAT, M. et al: Fabrication and Properties of Molded Block Fuel Elements For HTGR'S. In: Pro- ceedings of the European Nuclear Conference, Pa- ris 1975, S.90-97 *
KADNER M, BAIER J.: Über die Herstellung von Brennstoffkernen für Hochtemperatur-Brennelemente. In: Kerntechnik 18. Jhg., 1976,Nr.10, S. 413-420
LANDIS J.W. et al.: Gas-Cooled Reactor Develope- ment in the United States of America In: Procee- dings of the fourth international Conference on the peaceful uses of atomic energy genf, Sept. 1971, Vol.5, S.345-365 *
PRICE, M.S.T. et al: Fuel Elements Fabrication for the Dragon Reactor Experiments. In: J. Brit. Nucl . Energy Soc. 5, 1966, S.361-382
PRICE, M.S.T. et al: Fuel Elements Fabrication for the Dragon Reactor Experiments. In: J. Brit. Nucl. Energy Soc. 5, 1966, S.361-382 *
WYMER R.G.: Sol-gel Processes At Oak Ridge Natio- nal Lab.: Development, Demonstration and Irradia- tion Tests In: Oak Ridge National Laboratory, Re- port No ORNL-T-2205,1968 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE10204166A1 (en) 2003-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006040309B4 (en) Spherical fuel assembly and its manufacture for gas-cooled high-temperature ball-puffed nuclear reactors (HTR)
WO2010063603A1 (en) Method and arrangement for producing fuel cores
US20070242791A1 (en) Process for Producing Pellets of a Nuclear Fuel Based on a (U, Pu)02 or (U, Th)02 Mixed Oxide
WO2010086431A1 (en) Fuel element having fissionable material and fertile material and method for the production thereof
CH640077A5 (en) METHOD FOR PRODUCING CERAMIC PLUTONIUM-URAN FUEL IN THE FORM OF SINTER PELLETS.
DE2611750C3 (en) Process for the production of nuclear fuel pellets
DE10204166B4 (en) Process for the production of fuel cores for high-temperature reactor fuel elements (HTR) by circulating the fuel particles during calcining and reducing / sintering in a cascade rotary kiln and the design of furnaces
DE1227572B (en) Nuclear fuel body and process for its manufacture
DE3688818T2 (en) Process for the production of sintered nuclear fuel bodies.
DE69917257T2 (en) Process for the preparation of MOX type nuclear fuel pellets
Müller Establishment of the technology to manufacture uranium dioxide kernels for PBMR fuel
DE1514961A1 (en) Fuel element for nuclear reactors
DE1960289A1 (en) Process for the production of spherical fuel and / or breeding elements for nuclear reactors and breeding reactors
DE10144352B4 (en) Process for the production of spherical fuel elements for high-temperature reactors (HTR), suitable for helium-turbine single-circuit plants and for the safe disposal of spent fuel without reprocessing
Kato et al. Fabrication of HTTR first loading fuel
DE2362088A1 (en) GRAPHITE BALL BURNER FOR HIGH-TEMPERATURE REACTORS AND PROCESS FOR ITS PROCESSING AFTER RADIATION
DE3928010A1 (en) NUCLEAR FUEL PARTICLES AND METHOD FOR NUCLEAR FUEL COMPACT BODIES TO BE MADE THEREOF
DE2229715A1 (en) FUEL ELEMENT ARRANGEMENT AND NUCLEAR REACTOR INCLUDING THIS
DE3609663C2 (en) Process for the production of sintered nuclear fuel bodies
DE19944984C1 (en) Nuclear reactor fuel element pellet comprises central core which is easier to deform than outer region
DE1223563B (en) Removal of pyrolytic carbon coatings
DE2241873A1 (en) METHOD OF OPERATING A HIGH TEMPERATURE REACTOR
DE10217138A1 (en) Actinide oxide microspheres useful for making sintered ceramic microspheres are produced by forming a binder-containing actinide oxide suspension into particles and chemically or physically hardening the particles
DE2137133C3 (en) Process for the manufacture of nuclear fuel rods containing plutonium
DE2445760A1 (en) NUCLEAR FUEL PARTICLES AND THE METHOD FOR MANUFACTURING IT

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20140902