DE1191582B

DE1191582B - Reliable bell furnace for the production of uranium

Info

Publication number: DE1191582B
Application number: DEC30357A
Authority: DE
Inventors: Maurice Delange; Paul Sauteron; Paul Vertes
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1962-07-06
Filing date: 1963-07-04
Publication date: 1965-04-22
Also published as: FR1335564A; CH397106A; BE634580A; NL294948A; LU43969A1; US3227798A; ES289488A1; GB996816A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.: Int. Cl .:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

C22bC22b

Deutsche Kl.: 40 a-61/00 German class: 40 a -61/00

1191582
C 30357 VT a/40 a
4. Juli 1963
22. April 19651191582
C 30357 VT a / 40 a
4th July 1963
April 22, 1965

Die Erfindung bezieht sich auf einen Glockenofen zur Herstellung metallischen Urans durch Reduktion von Urantetrafluorid mit Magnesium.The invention relates to a bell furnace for producing metallic uranium by reduction of uranium tetrafluoride with magnesium.

Bekanntlich wird dabei in einem feuerfesten Tiegel Urantetrafluorid mit Magnesium reduziert und ein Barren aus Uranmetall nach folgender Reaktion gewonnen:As is known, uranium tetrafluoride is reduced with magnesium in a refractory crucible and an ingot made of uranium metal obtained from the following reaction:

UF₄ + 2Mg = U + 2MgF₂ + 76 kcal bei 800° C.UF ₄ + 2Mg = U + 2MgF ₂ + 76 kcal at 800 ° C.

Die dabei erhaltene Reaktionswärme reicht nicht aus, das Gemisch aus Uran und Magnesiumfluorid auf eine Temperatur zu erwärmen, bei der die Viskositäten der beiden Komponenten eine bequeme Trennung zwischen Metall und Schlacke erlauben. Deshalb heizt man vorher das Reaktionsgemisch aus Magnesium und Urantetrafluorid während einer genügend langen Zeit auf, so daß die vom Gemisch aufgenommene Wärmemenge zur Reaktionswärme hinzukommt und auf diese Weise eine vollkommene Abtrennung des Metalls möglich wird.The heat of reaction obtained is insufficient, the mixture of uranium and magnesium fluoride to heat to a temperature at which the viscosities of the two components are a comfortable Allow separation between metal and slag. Therefore, the reaction mixture is heated beforehand Magnesium and uranium tetrafluoride for a long enough time so that the mixture The amount of heat absorbed is added to the heat of reaction and in this way a complete Separation of the metal becomes possible.

Eine bekannte Einrichtung zur Durchführung der vorgenannten Reaktion besteht aus einem Ofen mit einem Tiegel aus feuerfestem Material, in dem das Reaktionsgemisch enthalten ist, und einer abnehmbaren Glocke, die über den Tiegel gestülpt ist.A known device for carrying out the aforementioned reaction consists of an oven with a crucible made of refractory material in which the reaction mixture is contained, and a removable one Bell that is put over the crucible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Ofen, in welchem dem Reaktionsgemisch eine regelbare Wärmemenge zugeführt werden kann, entweder um die Reaktion einzuleiten oder um ihre Ausbeute mittels Verschiebung des Reaktionsgleichgewichts zu erhöhen, hinsichtlich Betriebssicherheit und Leistungsfähigkeit zu verbessern. Insbesondere sollte einerseits jede Manipulation des Tiegels während des Heizvorganges vermieden bleiben, anderseits aber eine rasche Einwirkung auf den Tiegel für den Fall gewährleistet sein, daß Magnesium und Schlacke entweichen oder der Tiegel brechen und Uran ausfließen sollte.The invention is based on the object of such a furnace in which the reaction mixture a controllable amount of heat can be supplied, either to initiate the reaction or to its Increase the yield by shifting the reaction equilibrium, with regard to operational safety and improve performance. In particular, any manipulation of the crucible should be on the one hand of the heating process remain avoided, but on the other hand a rapid action on the crucible for in the event that magnesium and slag escape or the crucible break and Uranium should flow out.

Ferner wurde auch eine Erhöhung der Produktionsleistung dadurch erreicht, daß es gelungen ist — ohne Beeinträchtigung der Betriebssicherheit —, den Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reaktionen zu verkürzen.Furthermore, an increase in production output has also been achieved by being successful - without impairing the operational safety -, the time interval between two consecutive Shorten reactions.

Die Erfindung ist darin zu sehen, daß bei einem betriebssicheren Glockenofen zur Herstellung von Uran durch Reduktion von Urantetrafluorid mit Magnesium, bestehend aus einem das Reaktionsgemisch enthaltenden Tiegel aus feuerfestem Material und einer abnehmbaren Glocke, die über den Tiegel gestülpt ist, der Tiegel auf einer Vorrichtung mit regulierbarer Höhe steht und die Glocke, die auf einer festen Grundplatte dicht aufsitzt, zur Durchf üh-Betriebssicherer Glockenofen zur Herstellung
von UranThe invention can be seen in the fact that in an operationally reliable bell furnace for the production of uranium by reducing uranium tetrafluoride with magnesium, consisting of a crucible made of refractory material containing the reaction mixture and a removable bell that is placed over the crucible, the crucible on a device with adjustable height and the bell, which sits tightly on a fixed base plate, for the production of a reliable bell furnace
of uranium

Anmelder:Applicant:

Commissariat ä l'Energie Atomique, ParisCommissariat a l'Energie Atomique, Paris

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. R. Beetz und Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patentanwälte, München 22, Steinsdorfstr. 10Dipl.-Ing. R. Beetz and Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patent Attorneys, Munich 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:
Maurice Delange, Hennecy, Seine-et-Oise;
Paul Sauteron, Itteville, Seine-et-Oise;
Paul Vertes, Antony, Seine (Frankreich)Named as inventor:
Maurice Delange, Hennecy, Seine-et-Oise;
Paul Sauteron, Itteville, Seine-et-Oise;
Paul Vertes, Antony, Seine (France)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Frankreich vom 6. Juli 1962 (903 240)France 6 July 1962 (903 240)

rung und Kontrolle der Reaktion mit Heiz- und Sicherheitsorganen ausgerüstet ist.tion and control of the reaction is equipped with heating and safety devices.

Von dieser grundsätzlichen Anordnung abgesehen, zeichnet sich dieser Ofen durch verschiedene zusätzliche Einrichtungen aus, die im weiteren beschrieben werden. Diese Einrichtungen dienen besonders zur Höhenregelung des Tiegels im Innern der Glocke und zur automatischen Abschaltung der Heizung, sobald die Glocke von der Grundplatte, auf der sie ruht, abgehoben wird.Apart from this basic arrangement, this furnace is characterized by various additional features Facilities that are described below. These facilities are used especially for Height regulation of the crucible inside the bell and for automatic shutdown of the heating, as soon as the bell is lifted from the base plate on which it rests.

Zum besseren Verständnis der Erfindung dient die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Abbildung zeigt in einem vertikalen Schnitt eine schematische Ansicht eines solchen Glockenofens, wie er erfindungsgemäß zur Herstellung von Uran dient.The description of an exemplary embodiment serves to provide a better understanding of the invention. The illustration shows in a vertical section a schematic view of such a bell furnace as he according to the invention is used for the production of uranium.

Der Ofen enthält eine Grundplatte 1 aus feuerfestem Material, die sich über Säulen 2 auf den Boden 3 einer Wanne abstützt, die z. B. aus Beton besteht.The furnace contains a base plate 1 made of refractory material, which extends over columns 2 on the Floor 3 is supported by a tub that z. B. consists of concrete.

Die Grundplatte 1 ist in der Mitte mit einer Bohrung versehen, welche den Durchgang eines Stützlagers 4 ermöglicht, dessen Höhe vermittels Schraubenwinden 5 oder irgendwelcher anderer geeigneter, stetig oder schrittweise wirkender Hebevorrichtungen, die unter der Grundplatte im Innern der Wanne angeordnet sind, geregelt werden kann.The base plate 1 is provided in the middle with a hole, which the passage of a support bearing 4 allows its height by means of screw jacks 5 or any other suitable, Continuously or step-by-step lifting devices that are located under the base plate inside the tub are arranged, can be regulated.

Dieses Stützlager trägt eine Metallplatte 26, auf welcher der untere Teil des zu heizenden Tiegels 7 ruht, der vorteilhaft aus Stahl besteht und mit einer Schicht aus feuerfestem Material ausgekleidet ist.This support bearing carries a metal plate 26 on which the lower part of the crucible 7 to be heated rests, which advantageously consists of steel and is lined with a layer of refractory material.

Außen ist der Tiegel durch angeschweißte Rippen 8 verstärkt. An seinem Unterteil ist eine Verschlußplatte angebracht, die mit einem Flansch 6 verbolztThe crucible is reinforced on the outside by welded-on ribs 8. At its lower part is a locking plate attached, which is bolted to a flange 6

509 540/295509 540/295

ist, an seinem Oberteil ein Flansch 9, auf dem eine zweite Verschlußplatte 10 mit Schraubenil befestigt ist. Die Verschlußplatte 10 trägt eine Kranöse 12, um den Tiegel an seinen Platz zu bringen und ihn nach Beendigung der Reaktion und der Abkühlung zu entfernen. is, on its upper part, a flange 9 on which a second closure plate 10 is attached with a screw. The closure plate 10 carries a lifting eye 12 in order to bring the crucible into place and to remove it after the reaction and cooling have ended.

Der eigentliche Ofen besteht aus einer Glocke 13, die den Tiegel bedeckt und auf der Grundplatte 1 ruht. Diese Glocke trägt auf ihrem Oberteil einen Aufsatz 14, der mit einer Tragstange 15 versehen ist, in die ein Lasthaken 16 eingehängt werden kann, an dem die Glocke 13 z. B. mit einem Laufkran an ihren Platz gebracht oder von ihm entfernt werden kann. Die Glocke trägt außen auf einer ihrer Seitenwände einen Schaltkasten 17 mit einem System von elektrisehen Kabeln und Kontakten, das die Stromversor gung von drei übereinanderliegenden elektrischen Kreisen 18, 19 und 20 sichert und es ermöglicht, die Heizung der Atmosphäre im Inneren der Glocke 13 in drei unabhängigen Zonen zu regeln. Die elektri- sehen Kabel 21 sind am unteren Teil des Schaltkastens 17 an Kontakte 22 angeschlossen, welche in die Kontaktmuffen 23, die den Strom zuführen, ein greifen, wenn die Glocke 13 auf die Grundplatte 1 abgesetzt wird. Sobald die Glocke an ihren Platz ge- bracht wird, greifen die Kontakte 22 in die Kontaktmuffen 23 ein, während die Abdichtung zwischen der Glocke und der Grundplatte dadurch geschieht, daß ein mit dem unteren Teil der Glocke verbundener Ring 24 in das Innere einer Sanddichtung 25, die am Umfang der Grundplatte angeordnet ist, eindringt. Diese Anordnung ermöglicht es, das Innere der Glocke bei Bedarf mit einem inerten Gas zu füllen, um eine Beschädigung des Tiegels durch Oxydation zu vermeiden. Diese Anordnung sorgt übrigens für eine automatische Unterbrechung des Stromes, der die drei Heizzonen speist, sobald die Glocke nicht mehr auf der Grundplatte des Ofens steht. The actual furnace consists of a bell 13 which covers the crucible and rests on the base plate 1. This bell carries an attachment 14 on its upper part , which is provided with a support rod 15 into which a load hook 16 can be hung, on which the bell 13 z. B. can be brought into place with an overhead crane or removed from it. The bell carries a switch box 17 with a system of electrical cables and contacts on the outside of one of its side walls , which secures the Stromversor supply of three superimposed electrical circuits 18, 19 and 20 and makes it possible to heat the atmosphere inside the bell 13 in to regulate three independent zones. The electrical cables 21 are connected to the lower part of the switch box 17 to contacts 22, which engage in the contact sleeves 23, which supply the current , when the bell 13 is placed on the base plate 1. As soon as the bell is brought into place, the contacts 22 engage in the contact sleeves 23, while the seal between the bell and the base plate is achieved by inserting a ring 24 connected to the lower part of the bell into the interior of a sand seal 25 , which is arranged on the circumference of the base plate, penetrates. This arrangement makes it possible, if necessary, to fill the interior of the bell with an inert gas in order to avoid damage to the crucible due to oxidation. This arrangement also ensures that the electricity that feeds the three heating zones is automatically interrupted as soon as the bell is no longer on the base plate of the stove.

Damit der Beginn und der günstige Ablauf der Reaktion im Innern des Tiegels besser überwacht werden kann, stützt sich der Flansch 6, auf dem der Tiegel 7 ruht, auf die Metallplatte 26 ab, welche die obere Seite des Stützlagers 4 bedeckt. Ein mit der Platte 26 verbundenes Metallrohr 27 überträgt die Vibrationen der Platte 26 durch die Grundplatte hin- durch auf eine Sonde 28, die mit einem Verstärker und einer Kontrollvorrichtung 29, z. B. einem Lautsprecher, verbunden ist und es ermöglicht, den Be ginn der Reaktion festzustellen. So that the beginning and the favorable course of the reaction in the interior of the crucible can be better monitored, the flange 6 on which the crucible 7 rests is supported on the metal plate 26 which covers the upper side of the support bearing 4. A metal tube 27 connected to the plate 26 transmits the vibrations of the plate 26 through the base plate to a probe 28 which is connected to an amplifier and a control device 29, e.g. B. a loudspeaker, is connected and makes it possible to determine the beginning of the reaction .

Ein besonders erwähnenswerter Vorteil des eben beschriebenen Glockenofens ist die Sicherheit, die er dem Personal und der gesamten Einrichtung während der verschiedenen Operationen bietet, weil der Tiegel fest auf einem feuerfesten, während der Durchführung der Reaktion unbeweglichen Stütz- lager ruht. Während der Reaktion beträgt die Tem peratur des Ofens ungefähr 700⁰C. Die mechanischen Eigenschaften des Tiegels sind unter diesen Umständen mittelmäßig und würden eine Handha bung desselben sehr gefährlich machen. Nun vermei- det man bei dem erfindungsgemäßen Ofen gerade diese Handhabung, da die Heizglocke beweglich ist und nicht der Tiegel. So ist es im Falle eines Unfalls möglich, durch ein rasches Abheben der Glocke sehr schnell auf den Tiegel einzuwirken, da die Strom- zufuhr zu den elektrischen Kreisen 18, 19 und 20 durch die Trennung der Kontakte 22 und der zugehörigen Kontaktmuffen 23 automatisch unterbrochen wird. A particularly noteworthy advantage of the bell furnace just described is the safety it offers the staff and the entire facility during the various operations, because the crucible rests firmly on a refractory support bearing that is immovable while the reaction is being carried out. During the reaction, the temperature Tem of the furnace is about 700 ⁰ C. The mechanical properties of the crucible are mediocre in these circumstances and would handle lo an exercise of the same make very dangerous. Now avoid, one det in the inventive oven just this handling since the Heizglocke is movable and not the crucible. In the event of an accident, it is possible to act very quickly on the crucible by quickly lifting the bell, since the power supply to the electrical circuits 18, 19 and 20 is automatically interrupted by the separation of the contacts 22 and the associated contact sleeves 23 .

Ein weiterer Vorteil dieses Ofens ist die Produktionssteigerung, die durch ihn, ohne Verminderung der Betriebssicherheit, ermöglicht wird. Man ist in der Lage, die Zahl der Grundplatten um eine Einheit größer zu wählen als die Zahl der beweglichen Glokken und diese Grundplatten abwechselnd zu verwenden. Die Heizglocken können übrigens gleich nach Ende einer Reaktion für einen neuen Heizprozeß verwendet werden, ohne daß es nötig ist, die hocherhitzten Tiegel zu bewegen.Another advantage of this oven is the increase in production that it brings without reducing it operational safety, is made possible. One is able to increase the number of base plates by one unit to choose larger than the number of movable bells and to use these base plates alternately. Incidentally, the heating bells can be used for a new heating process immediately after the end of a reaction can be used without the need to move the heated crucibles.

Claims

Patent claims:

1. Reliable bell furnace for the production of uranium by reducing uranium tetrafluoride with magnesium, consisting of a refractory crucible containing the reaction mixture Material and a removable bell that is placed over the crucible, characterized in that that the crucible (7) is on a device with adjustable height and the bell (13), which is on a fixed base plate (1) sits tightly, to carry out and control the reaction with heating and safety organs is equipped.

2. Oven according to claim 1, characterized in that the heating elements are made of electrical There are resistors, which are attached inside the bell (13) and in three superimposed Groups (18, 19, 20) are divided, which define three independent heating zones, whose operation is made possible by a system of electrical cables (21) and contacts (22), which are arranged on one of the outer side surfaces of the bell.

3. Oven according to claim 2, characterized in that the connections of the electrical Cable (21) are connected to feed contacts (23) when the bell (13) is on the base plate (1) The furnace is at rest, lifting the bell automatically activating the current in the cables interrupts.

4. Oven according to claim 1, characterized in that the adjustable device, which determines the height of the crucible (7) in the bell (13) from a movable one Screw jacks (5) resting support bearing (4) consists.

5. Oven according to claim 4, characterized in that the support bearing (4) with a metal plate (26), which is connected to a metal tube (22), which the vibrations the metal plate to a probe (28) and an amplifier.

6. Oven according to claim 1, characterized in that between the fixed base plate (1) and the removable bell (13) is provided with a sand seal (25) which is placed on the base plate (1) is arranged and into which an annular part (24) of the bell penetrates.

Considered publications:
German publication No. 1122712.

1 sheet of drawings