DE1508720B1

DE1508720B1 - Feuerfester,gegen schmelzfluessiges Uran bestaendiger UEberzug fuer Schmelztiegel,Giessformen,deren Zubehoerteile und Geraetschaften

Info

Publication number: DE1508720B1
Application number: DE19661508720
Authority: DE
Inventors: Claude Guichard
Original assignee: COMBUSTIBLE NUCLEAIRE
Current assignee: COMBUSTIBLE NUCLEAIRE
Priority date: 1965-07-09
Filing date: 1966-07-06
Publication date: 1970-06-04
Also published as: LU51516A1; BE683880A; NL6609559A; FR1449899A; GB1153757A

Description

geschmolzene Uran mindestens 50 ppm Zr. Außerdem bereiten derartige-Auskleidungen Schwierigkeiten bezüglich Reinigung und Wiederverwendung des Tiegels.

Gewisse Oxyde von schweren Metallen, wie ThO₂, UO₂ oder auch BeO, können nur schwer verwendet werden, da sie Gefahren mit sich bringen.

Aufgabe der Erfindung ist die Ausschaltung der

verwendbar. Üblicherweise wird die Schmelzung von 15 durch die betreffenden seltenen Erdmetalle höchstens Uran unter vermindertem Druck in Graphittiegeln 10 ppm, im allgemeinen aber geringer, durchgeführt, die innen mit einer Schicht aus feuer- Erfindungsgemäß können die Oxyde der seltenen

festem Material ausgekleidet sind. Dieses Material Erdmetalle in jedem Verhältnis mit dem ZrO₂ gekann auf die Wandungen als Suspension in einer mischt werden. Vorteilhaft sind ferner definierte VerFlüssigkeit, z. B. mittels Bürsten oder Spritzpistolen, 20 bindungen, die sich aus den Oxyden der seltenen aufgetragen werden, worauf die Trocknung erfolgt. Erdmetalle und ZrO₂ bilden. Beispielsweise haben Das Material kann auch mittels eines Sauerstoff- sich als zweckmäßig erwiesen: Kombinationen der Acetylen- oder Plasmabrenners aufgebracht werden. Oxyde von Lanthan und Zirkonium (La₂O₃-ZrO₂) Die bekannten Techniken der feuerfesten Beschich- und von Yttrium und Zirkonium (Y₂O₂—ZrO₂). tung des Graphits gestatten es in weitem Maße, eine 25 Als Beispiel für eine definierte Verbindung ist zu Carburierung der Schmelze durch den Graphit zu nennen 2ZrO₂-La₂O₃, das den Vorteil bietet, daß vermeiden. Es bleibt jedoch immer sehr schwierig, es weniger empfindlich gegen Feuchtigkeit und das eine Anreicherung des Kohlenstoffs im flüssigen Uran ■ Kohlendioxyd der Luft ist.

und eine Verunreinigung des Urans mit dem Metall Mit den erfindungsgemäßen Auskleidungen wur-

des feuerfesten Oxyds zu vermeiden. Verwendet man 30 den zahlreiche Versuche mit Tiegeln aus Graphit, eine Auskleidung auf Basis von ZrO₂, so erhält das Aluminiumoxyd, feuerfestem Stahl und anderen Ma-

- ■ - terialien durchgeführt. Die allgemeinen Versuchs

bedingungen waren folgendermaßen:

Vor jedem Versuch wurde die zu überziehende 35'Tiegeloberfläche nach bekannten und dem jeweiligen Tiegelmaterial entsprechenden Verfahren sorgfältig gereinigt.

Der Überzug wurde entweder nach dem Schoopschen Spritzverfahren mittels Sauerstoff-Acetylen-

obengenannten Nachteile und die Schaffung von 40 oder Plasmabrenner oder nach bekannten Gasphase-Schmelztiegeln, Gießformen und Gerätschaften, die ablagerungsverfahren aufgebracht. Das Spritzverfahleicht zu reinigen sinä und der Korrosionswirkung ren ist vorteilhafter wegen seiner Einfachheit und von reaktiven flüssigen Metallen oder spaltbaren Stof- - seiner niedrigen Kosten. Die mittlere Korngröße des fen, wie reines oder legiertes Uran, bei Temperaturen verspritzten Oxyds liegt mit Vorteil zwischen 10 und bis 155O⁰C widerstehen und nicht zur Verunreini- 45 100, vorzugsweise zwischen 40 und 100 Mikron. Es gung der Schmelze führen. Erfindungsgemäß werden · , ist zweckmäßig, die ausgekleideten Stücke auf einer

Temperatur oberhalb 400° C zu halten, um eine Hydration und Carbonation zu vermeiden.

Auf diese Weise erhält man eine gleichförmige feuerfeste Übefzugsschicht, deren Dicke mindestens 0,2 mm beträgt und die wenig porös ist. Hierdurch ist gesichert, daß zwischen dem zu schmelzenden Uran u. dgL und dem Grundbaustoff des Tiegels, z. B. Kohlenstoff, keine Diffusionserscheinungen auf-

jedoch für jeden Guß^:· erneuert werden und bietet 55 treten. " ■ · -

auch gegenüber chemisch sehr aktiven und stark kor- Zur Prüfung der Stabilität des Überzugs bzw. des

rosiven Metallen wie» Uran keinen ausreichenden Schutz. Auch Kombinationen von Oxyden der seltenen Erdmetalle mit sehr feuerfesten Stoffen wie SiIiciumoxyd oder Aluminiumoxyd haben für den vorgefaßten Zweck weder ausreichende Schutzkraft noch befriedigende nukleare Eigenschaften. Sehr feuerfeste Oxyde wie Calciumoxyd oder Magnesiumoxyd haben sich ebenfalls als unbrauchbar erwiesen. Auch

eine Kombination von Zirkoniumoxyd und Calcium- 65 nuten gehalten und dann abgekühlt. Danach wurde oxyd wird von Uran angegriffen. Es war daher sehr das Gußstück entformt und der Zustand des Tiegels überraschend, daß mit der erfindungsgemäßen Korn- bzw. der Form sowie die Einflüsse der Tiegelbestandbination der erstrebte Erfolg erreicht wird. teile auf das Uran geprüft. Ohne Schwierigkeiten

Schmelztiegel, Gießformen usw., die aus Graphit, Aluminiumoxyd oder feuerfestem SpezialStahl bestehen, an ihrer Oberfläche mit einer gleichmäßigen Schicht überzogen.

Es ist bekannt, Oxyde der seltenen Erdmetalle für Schutzüberzüge auf Gießformen zu verwenden. Beschrieben ist ein Überzug aus Titanoxyd, Manganoxyd und Ceroxyd für den Stahlguß. Dieser muß

Tiegels wurde er-in einem Induktionsofen unter vermindertem Druck einer Temperatur von etwa 1500° C ausgesetzt.

Der Versuchstiegel wurde dann in üblicher Weise mit Uran oder einem anderen spaltbaren Material beschickt und unter vermindertem Druck auf Temperaturen zwischen 1300 und 1450⁰C gebracht. Auf dieser Temperatur wurde der Tiegel während 20 Mi-

wurden nach dieser Verfahrensweise Güsse von 40 bis 280 kg hergestellt.

Zur weiteren Erläuterung folgen einige spezifische Beispiele, bei denen nach den vorstehenden Vorschriften gearbeitet wurde.

Beispiel 1

Beschichtung
auf Basis der Verbindung 2 ZrO₂

La₂O₃

Die mittels der Verbindung 2 ZrO₂ · La₂O₃ hergestellte Uberzugsschicht hatte eine gute Haftfestigkeit und Beständigkeit. Versuche wurden während je 20 Minuten bei 1300, 1400, 1450 und 155O⁰C durchgeführt. Allein beim letzten Versuch bei 155O⁰C mußen zur Lösung des Schmelzkuchens aus dem Tiegel energische Maßnahmen angewandt werden.

Die Verwendung dieser feuerfesten Verbindung ist vorteilhaft, weil sie sich nicht an der Luft hydratisiert oder carbonatisiert.

Beispiel 2

Beschichtung
auf Basis des binären Gemisches Y₂O₃—ZrO₂

Die feuerfeste Beschichtung zeigte eine gute Beständigkeit. Die vorstehend beschriebenen Versuche lieferten gleichwertige Ergebnisse. Schwierigkeiten gab es nur bei der Entfernung von Metallspritzern am oberen Teil des Tiegels.

Nach jedem der in den Beispielen 1 und 2 genannten Versuche wurde von jedem Uranguß eine funkenspektrografische Analyse gemacht.

Die für jeden Fall gefundenen Gehalte an La, Y und Zr waren extrem niedrig. Besonders bei einer Beschichtung mittels La₂O₃ oder Y₂O₃ war der Gehalt der Uranoberfläche an Lanthan oder Yttrium immer unterhalb von 10~⁵ geblieben. Bei erfindungsgemäß beschichteten Graphittiegeln war die Anreicherung von Kohlenstoff im Uran so gering, daß sie vernachlässigt werden kann.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäßen feuerfesten Überzüge in einem kleinen Bereich als Neutronenfänger wirken, was für gewisse Anwendungen vorteilhaft sein kann.

Die Erfindung ist mit Vorteil bei der Verarbeitung von flüssigem, reinem oder legiertem Uran anwendbar, welches bekannte feuerfeste Oxyde, wie Al₂O₃, CaO, angreift.

ZrO₂ oder ZrO₂

Claims

Patentansprüche:

1. Feuerfester, als Neutronenfänger wirkender und gegen schmelzflüssiges Uran beständiger Überzug für Schmelztiegel, Gießformen, deren Zubehörteile und Gerätschaften, bestehend aus einer binären Kombination eines Oxyds eines seltenen Erdmetalls aus der Gruppe CeO₂, La₂O₃, Nd₂O₃ und Y₂O₃ und einem feuerfesten Oxyd, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Oxyd Zirkoniumoxyd ZrO₂ ist.

2. Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die binäre Kombination aus der definierten Verbindung 2 ZrO₂ · La₂O₃ besteht.