DE1252111B

DE1252111B - Verfahren zum Schmelzen von Urandioxyd bzw. Plutoniumdioxyd

Info

Publication number: DE1252111B
Application number: DEE28656A
Authority: DE
Inventors: Hanau/M. Hans-Jürgen Teiwes Rückingen Dipl.-Ing. Lothar Schikarski
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1965-02-08
Publication date: 1967-10-12
Also published as: GB1132271A; NL6601532A; BE676120A; LU50403A1

Description

iUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

V^DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

'Int. Cl.:

C04b

Deutsche Kl.: 80b-8/i7

Nummer: 1 252111

Aktenzeichen: E 28656 VI b/80 b

Anmeldetag; 8. Februar 1965

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Gegenstand des Patentes ist ein Verfahren zum Schmelzen von Urandioxyd bzw. Plutoniumdioxyd.

Die Herstellung des in der Kerntechnik verwendeten körnigen Urandioxyds erfolgt in den meisten Fällen durch Einschmelzen des als sehr feinteiliges Pulver vorliegenden Vorproduktes in einem Lichtbogen. Das Schmelzen in einem Lichtbogen besitzt den Nachteil, daß während des Schmelzvorganges eine Verdampfung des Oxyds eintritt, da die Lichtbogentemperatur wesentlich über der Schmelztemperatur des. Urandioxyds liegt und der Dampfdruck bei diesen Temperaturen bereits relativ hoch ist. Besonders große Schwierigkeiten bereitet das Schmelzen ypn PlutQniumdioxyd im Lichtbogen, da es im Vergleioh zu Urandioxyd am Schmelzpunkt einen noch höheren Dampfdruck besitzt.

Es wurde nun gefunden, daß die Durchführung des Schmelzvorganges der genannten sehr feinteiligen Oxyde dadurch wesentlich verbessert werden kann, daß diese in einem Tiegel durch direkten Stromdurchgang geschmolzen werden, wobei in der ersten Phase des Prozesses im Zentrum der Beschickung durch Vorwärmung dieser Zone eine vertikale Strombahn geschaffen wird. Durch die Vorwärmung der zentralen Zone wird erreicht, daß in dem ^:bei·' Raumtemperatur schlechtleitenden Material zunächst im Zentrum ein guter Stromdurchgang erfolgt, so daß bei einer weiteren Stromerhöhung - die Erweichung bzw. das Schmelzen eines wesentlichen Teils des Materials eintritt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Überhitzung des erweichten bzw. geschmolzenen Materials verhindert, so daß eine Verdampfung desselben praktisch nicht erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß es relativ leicht ist, durch Einleiten von Wasserstoff während des Schmelzens einen stöchiometrischen Schmelzpunkt zu gewinnen.

Die Herstellung einer vorgewärmten Zone im Zentrum der Beschickung kann auf folgende Weise erfolgen:

1. Eine im Verhältnis zum Tiegeldurchmesser und zum Elektrodendurchmesser sehr kleine Säule von Preßlingen aus dem zu erschmelzenden Material wird in der Mitte des Tiegels aufgestellt und mit einer Pulverschüttung umgeben. Diese Preßlingssäule ragt hierbei etwas über die Pulverschüttung hinaus, so daß bei Beginn des Schmelzens die Elektrode nur auf dieser Säule aufsitzt und die Pulverschüttung nicht berührt. Legt man nun eine Wechselspannung an diese

Verfahren ζ,μΐη SQhme]ze,n vqn Urandjqxyd bzw. Plutqrnuni(iip£y<J

Anmelder·:

Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM),

Brüssel

Vertreter:

Dip}.-Ing. R. Müjler-Börner
und. Dipping, H_rH. Wey, Patentanwälte,
hl dhilkiJJ68

Als Erfinder benannt:

Dipl-Ing. Lothar Schikarski, Hanau/M,,;

Hans*Jürgen Teiwes, Rückingen

Säule, so erwärmt diese sich .durch den Stromdurchgang und heizt hierbei das umgebende Pulvermaterial auf. Im weiteren Verlauf des Prozesses wird hierbei ein wesentlicher Teil des Pulvermaterials niedergeschmolzen, da sich dessen Leitfähigkeit mit der Erhöhung der Temperatur gleichfalls erhöht.

An Stelle der Preßlingssäule wird im Zentrum der Pulverfüllung die zur Aufheizung notwendige leitende Brücke zwischen den Elektroden durch eine Pulverschüttung gebildet, die eine wesentlich bessere elektrische Leitfähigkeit als der Hauptteil der Schüttung besitzt und die beispielsweise aus Schmelzrückständen vorangegangener Schmelzen gewonnen wurde.

Zur Erwärmung der zentralen Zone wird ein Stab aus einem zur Aufheizung im direkten Stromdurchgang geeigneten Material, z. B. Graphit oder Wolfram, verwendet.
Nachdem dieser Heizstab das umgebende Pulver in verhältnismäßig kurzer Zeit erwärmt hat, wird er aus der Schüttung gezogen und die Elektrode direkt auf die im Zentrum erhitzte Pulverschüttung aufgesetzt, die jetzt eine genügende Leitfähigkeit besitzt.

In der Abbildung ist eine beispielsweise Ausführung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. An einem

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vakuumclichien Ofengehäuse 1 ist unten ein wassergekühlter Kupfertiegel 2 befestigt. Innerhalb dieses Tiegels, der durch eine von Wasser durchflossene Rohrleitung gekühlt ist, befindet sich ein Graphittiegcl 3. Im oberen Teil des Gehäuses ist ein Kupferrohr 4 angeordnet, das verschiebbar ist und durch Wasser gekühlt wird. Dieses Rohr trägt an seinem unteren Ende eine Graphitelektrode 5. Zur Durchführung des Schmelzprozesses wird zwischen der unteren Fläche des Tiegels und der Graphitelektrode eine Vorheizsäule 6 angeordnet, die entweder aus Preßlingen einer Pulverschüttung oder einem Stab, z. B. aus Graphit besteht. Der restliche Tiegelraum wird dann mit pulvcrförmigem Material 7 ausgefüllt, dessen Oberfläche einen gewissen Abstand zu der Unterfläche der Elektrode besitzt. Die so in der zentralen Zone gebildete leitende Brücke erhitzt sich im Stromdurchgang zunächst und überträgt die Wärme dann auf das umgebende pulverförmige Material im Tiegel, das beispielsweise aus einem Gemisch von 75 Molprozcnt Urandioxyd und 25 Molprozent ν Plutoniumdioxyd besteht. Bei Anwendung eines Zusatzkörpers wird dieser entfernt, sobald das umgebende Material genügend aufgeheizt ist.

Da die zentrale stromleitende Zone und die er- as wärmte Pulverschüttung mit der Temperatur ihre Leitfähigkeit erhöhen, nimmt bei abnehmender Elektrodenspannung die vom Material aufgenommene Leistung zu, bis ein wesentlicher Teil des Tiegelinhalts in einen flüssigen bzw. halbflüssigen Zustand übergeht. Man erhält einen Schmelzkörper, der zur Herstellung eines körnigen Endproduktes verwendbar ist.

Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und bzw. oder in der Zeichniing dargestellt ist, einschließlich dessen, was abweichend von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegt.

Claims

Patentansprüche:

t. Verfahren zum Schmelzen von feinteiligem Oxydpulver, das aus Urandioxyd, Plutoniumdioxyd oder Mischungen dieser Oxyde besteht, dadurch gekennzeichnet, daß dieses in einem Tiegel mittels direkten Stromdurchganges geschmolzen wird, wobefin ~der ersten Phase des Trozesses im Zentrum der Beschickung durch Vorwärmung dieser Zone eine vertikale Strombahn geschaffen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombahn durch Preßlinge aus dem Pulvermaterial gebildet wird, deren Durchmesser klein gegenüber dem Durchmesser des Tiegels bzw. der sttomzuführenden Elektrode ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombahn durch eine Schüttung aus körnigem Material gebildet wird, die z. B. aus Reststücken von vorhergehenden Schmelzen besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung durch einen im Zentrum der Schüttung angeordneten elektrischen Leiter, z. B. aus Graphit, erfolgt, der nach dem Vorwärmprozeß aus der Beschickung entfernt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn der Erhitzung ein gewisser Abstand zwischen der Oberfläche des Pulvermaterials und der Unterfläche der über dem Tiegel angeordneten Elektrode vorgesehen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach: Beendigung des Vorwärmprozesses das Schmelzen zur Erzielung eines stöchiometrischen Schmelzproduktes unter Wasserstoffatmosphäre erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 677/364 10.67 © Bundesdruckerei Berlin