DE1508720C - - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen feuerfesten, als Neu- Gegenstand der Erfindung ist ein feuerfester, als

tronenfänger wirkenden und gegen schmelzflüssiges Neutronenfänger wirkender und gegen schmelzflüssi-

Uran beständigen Überzug für Schmelztiegel, Gieß- ges Uran beständiger Überzug für Schmelztiegel,

formen, deren Zubehörteile und Gerätschaften, dei Gießformen, deren Zubehörteile und Gerätschaften, aus einer binären Kombination eines Oxyds eines 5 bestehend aus einer binären Kombination eines Oxyds

seltenen Erdmetalls und einem feuerfesten Oxyd be- eines seltenen Erdmetalls aus der Gruppe CeO.,,

steht. La₂O₃, Nd₂O₃ und Y₂O₃ und einem feuerfesten Oxyd,

Für die Schmelzung sehr reaktiver Metalle, wie dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Oxyd

reines oder legiertes Uran, ist es schwierig, ein Mate- Zirkoniumoxyd ZrO₂ ist.

rial zu finden, das hierbei ausreichend chemisch und io Bei Auskleidungen, die erfindungsgemäß hergemechanisch beständig ist und die Schmelze nicht ver- stellt werden, sind die Tiegel usw. leicht zu reinigen unreinigt. Die Schwierigkeiten werden noch größer, und wiederzuverwenden, während die Anreicherung wenn die Schmelzung unter vermindertem Druck er- an Kohlenstoff in der Schmelze belanglos bleibt. Bei folgen soll. Für diesen Fall ist CaO oder MgO kaum der Verarbeitung von Uran ist die Verunreinigung 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 Ver-Flüssigkeit, z.B. mittels Bürsten oder Spritzpistolen, 20 bindungen, die sich aus den Oxyden der seltenen aufgetragen werden, worauf die Trocknung erfolgt. Erdmetalle und ZrO., 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 (La₀O₃ — ZrO.,) Die bekannten Techniken der feuerfesten Beschich- und von Yttrium und Zirkonium (Y.,Ö„ — ZrO.,). 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 2 ZrO₂ · 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 wurdes feuerfesten Oxyds zu vermeiden. Verwendet man 3° den zahlreiche Versuche mit Tiegeln aus Graphit, eine Auskleidung auf Basis von ZrO₂, so erhält das Aluminiumoxyd, feuerfestem Stahl und anderen Mageschmolzene Uran mindestens 50 ppm Zr. Außer- terialien durchgeführt. Die allgemeinen Versuchsdem bereiten derartige Auskleidungen Schwierigkei- bedingungen waren folgendermaßen:
ten bezüglich Reinigung und Wiederverwendung des Vor jedem Versuch wurde die zu überziehende Tiegels. 35 Tiegeloberfläche nach bekannten und dem jeweiligen

Gewisse Oxyde von schweren Metallen, wie ThO₂, Tiegelmaterial entsprechenden Verfahren sorgfältig

UO₂ oder auch BeO, können nur schwer verwendet gereinigt,

werden, da sie Gefahren mit sich bringen. Der Überzug wurde entweder nach dem Schoop-

Aufgabe der Erfindung ist die Ausschaltung der sehen Spritzverfahren mittels Sauerstoff-Acetylen-

obengenannten Nachteile und die Schaffung von 4° oder Plasmabrenner oder nach bekannten Gasphase-

Schmelztiegeln, Gießformen und Gerätschaften, die ablagerungsverfahren aufgebracht. Das Spritzverfah-

leicht zu reinigen siri'd 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

Schmelztiegel, Gießformen usw., die aus Graphit, Temperatur oberhalb 400° C zu halten, um eine Hy-

Aluminiumoxyd oder feuerfestem Spezialstahl be- dration und Carbonation zu vermeiden,

stehen, an ihrer Oberfläche mit einer gleichmäßigen Auf diese Weise erhält man eine gleichförmige

Schicht überzogen. So feuerfeste Überzugsschicht, deren Dicke mindestens

Es ist bekannt, Oxyde der seltenen Erdmetalle für 0,2 mm beträgt und die wenig porös ist. Hierdurch

Schutzüberzüge auf Gießformen zu verwenden. Be- ist gesichert, daß zwischen dem zu schmelzenden

schrieben ist ein Überzug aus Titanoxyd, Mangan- Uran u. dgl. und dem Grundbaustoff des Tiegels,

oxyd und Ceroxyd für den Stahlguß. Dieser muß ζ. 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 Tiegels wurde er in einem Induktionsofen unter verSchutz. Auch Kombinationen von Oxyden der sehe- minderten! Druck einer Temperatur von etwa 1500⁰C nen Erdmetalle mit sehr feuerfesten Stoffen wie SiIi- ausgesetzt.

ciumoxyd oder Aluminiumoxyd haben für den vor- 60 Der Versuchstiegel wurde dann in üblicher Weise

gefaßten Zweck weder ausreichende Schutzkraft noch mit Uran oder einem anderen spaltbaren Material

befriedigende nukleare Eigenschaften. Sehr feuer- beschickt und unter vermindertem Druck auf Tem-

feste Oxyde wie Calciumoxyd oder Magnesiumoxyd peraturen zwischen 1300 und 1450⁰C gebracht. Auf

haben sich ebenfalls als unbrauchbar erwiesen. Auch dieser Temperatur wurde der Tiegel während 20 Mi-

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 Tiegelbestand-

bination der erstrebte Erfolg erreicht wird. teile auf das Uran geprüft. Ohne Schwierigkeiten

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 - La₅₁O₃ 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 1550° C 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 hur 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 La₂O., oder Y.,O₃ war der Gehalt der Urarioberfläche an Lanthan oder Yttrium immer unterhalb von 10~> 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 A1.,O₃, ZrO₂ oder ZrO₂ · CaO, angreift.

Claims (2)

Patentansprüche: ao

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 ZrO., ist.

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