DE1621668A1 - Beizvorrichtung - Google Patents
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-
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Description
united Kingdom'Atomic Energy Authority,
11, ünarles IX fctreet, London, SWl, E η g land
Pur diese Anmeldung wird die Priorität, aus der kritischen.
Patentanmeldung Hr. 49 24-9/65 .vom 19, |ίον. 1965 beansprucht,
Beizyorrichtung :
Die Erfindung ~bezieht sich auf YorriGhtungeh zur Durchführung von jttz- oder Eeizvorgängen, bei welohen meta-llisciie Q"bjekte
bzw. Gegenstände mit einer ätzenden Citiesigkeit, gewöhnlicii
ßiner Säure, behandelt werden, so dafl die äußere Otierfläoheneohicl
durch chemische Einwirkung entfernt wird, um auf diese Weise, eine
xair.e, von Vergiftungen bzw. Veraeuchungen freie Oberfläche zu ·
schaffen. " . ;
109024/1114
Der Wirkungsgrad eines Beizvorgangs "bzw. -Verfahrens
kann von verschiedenen Faktoren abhängen, wobei die wichtigsten
das Ätzen bzw. Wegätzen von Material von der zu beizenden Oberfläche
mit einer gleichmäßigen Rate über die gesamte Oberfläche und das Ermöglichen einer guten Wärmeübertragung und Gasdispersion
bzw. -verteilung an der zu.behandelnden Oberfläche in Verbindung
mit wirksamem Mischen, der Itzflüssigkeit sind. Darüber hinaus
ist die Schnelligkeit, mit welcher der Xtzvorgang angehalten
bzw. gestoppt werden kann, wenn einmal die gewünschte Materialmenge
von dem zu beizenden Gegenstand entfernt worden ist, ebenfalls wichtig. Zusammen ergeben diese Paktoren unter Idealbedingungen eine sehr präzise Kontrolle über das gesamte Beizverfahren,
und zwar derart, daß die gewünschte Materialmenge entfernt
und gleichzeitig ein Anfressen sowie eine Verunreinigung der
gereinigten Oberfläche vermieden werden.
Bei herkömmlichen Arten von Beizvorrichtungen wird normalerweise eine Anzahl horizontal angeordneter Bäder vorgesehen.
Die zu beizenden metallischen Gegenstände werden in eines dieser
Bäder, welches eine ätzende Flüssigkeit enthält, völlig eingetaucht,
wobei die letztere, beispielsweise mittels Propeller
oder Umlaufpumpen, durcheinandergewirbelt wird, um ein ausreichendes
Mischen.zu gewährleisten, während ferner eine Rotation
oder Oszillation der zu beizenden Gegenstände vorgesehen werden kann. Wenn von den durch die Beize gehenden Gegenständen genügend
10982*/18 I.*
Material entfernt worden ist, wird·: die JLtzwlrküng unter
Verwendung mechanischer Einrichtungen durch sennelles iOranspxtieren
der Gegenstände nach einem anderen Bad Diit KLüssigkeit,
welche die Itzwirkung schnellzu stopfenbzwv anzuhalten
vermag, beendigt. Weiteres iAJbwaschen der gebeizten Gegenötände·
kann' durch Transportieren nach anderen Bädern vorgesehen werden»
Andere Arten von Beizvorriehiruhgen enthalten den Zweiphasen-Beiztank,
bei welchem XtZ* imd iixierlosimgen /etehant and
stop solutions/ als zwei getrennte Ehasen, die durch eine iüschenphase
getrennt werden, den gleichen Tank jeinnehmen.' I"ür das
Mischen innerhaTb Jeder Phase und für den iibergang der zu beizenden Gegenstände unmittelbar iron der JtzphaBe in die lixierphase
ist gesorgt* Eine weitfere Wäsche der gebeizten Gregenstände
kann durch Transportieren nach-anderen Tainks vorgesehen, werden.
Im ganzen gesehen weisen die bekannten Beizanlagen jedoch Nachteile auf ,welche nur ein:ev^uhzülängliGhe^ Kontrolle über das
Beizverfahren möglich machenv und zwar wegen des^ langsamen
Übergangs zwischen den Xtz-^ und Fixier abschnitt en sowie, wegen
des unzureichenden Mischens de3r-.Ätzflü:s"&igke.it-»:'I)ar;ü,b"eE"'Mnaüs
sind oft sorgfl|ätig ausgearbeitete Sicherheitsvorkehrungen
nötig, um das Bedienungspersonal vor Vergiftungs- und Bespritzungsrisiken bzw. -gefahren zu schützen, und^außerdem werden komplizierte mechanische Yerbindungselemente verwendet, welche
der Korrosion durch die Xtzflüösigkeit ausgesetzt sind« ·
10982^/181U
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine für das wirksame Beizen von metallischen Gegenständen geeignete Vorrichtung zu
schaffen, welche die Nachteile der bekannten Beizanlagen nicht aufweist.
Gemäß der Erfindung weist eine Vorrichtung für das Beizen von metallischen Gegenständen ein langgestrecktes Beizgefäß,
eine Anzahl Speicher- bzw. Vorratstanks für die Aufnahme von Behandlungsflüssigkeiten, eine Einrichtung zum Füllen des Beizbehälters
mit Flüssigkeit aus irgendeinem der Speichertanks sowie eine Einrichtung zum Erzeugen einer oszillierenden
Wirbelströmung der Flüssigkeit hin und her entlang der Länge des Beizbehälters auf, während der Beizbehälter mit Flüssigkeit
gefüllt bleibt.
Bei einer bevorzugten Anordnung widest der Beizbehälter
die Form eines senkrecht angeordneten Rohres auf, wobei eine Einrichtung für das Verbinden irgendeines der Speichertanks
mit dem unteren Ende des Beizbehälters vorgesehen ist, wobei ferner ein Beruhigungs- bzw. Ausgleichstank /surge tank/
mit dem oberen Ende des Beizbehälters verbunden ist sowie eine Einrichtung vorgesehen ist, die eine Flüssigkeit von
einem Speichertank her dazu zwingt, den Beizbehälter zu füllen
und eine oszillierende Wirbelströmung der Flüssigkeit im Beizbehälter
auf- und abwärts durch Zirkulation der Flüssigkeit vom Speichertank durch den Beizbehälter hindurch in den Aus—
gleichstank hinein und dann zurück vom Ausgleichstank durch den
Beizbehälter hindurch in den Speichertank hinein zu erzeugene
109824/1814 BAD qrigjkal
Brennstoff für wassergekühlte Kernreaktoren kann aus Bündeln von Kernbrennstoffelementen bestehen, wobei jedes
Element eine Anhäufung von Urandioxyd-Brennstoff-Pellets aufweist, welche in eine Hülle aus Zirkonium oder einer Zirkoniumlegierung
eingeschlossen sind. Es hat sich gezeigt, daß unter Betriebsbedingungen
in einem wassergekühlten Kernreaktor die arbeits- bzw. gebrauchsgehärtete und -verunreinigte bzw. verseuchte Oberflächenschicht,
welche sich auf Brennstoffelementhüllen aus
Zirkonium oder einer Zirkoniumlegierung während der Brennstoffelementherstellung
bildet, gegen Korrosion durch hochtemperiertes Wasser und Dampf beträchtlich weniger widerstandsfähig ist als
das Grundmetall. Daher ist es erforderlich, diese Schicht zu entfernen, bevor die Brennstoffelementbündel in den Kernreaktor
eingebracht werden.
Eine Beizvorrichtung nach der Erfindung, die Bündel von
Kernbrennstoffelementen, welche mit einer Hülle aus Zirkonium
oder einer Zirkoniumlegierung versehen sind, zu bearbeiten vermag, wird nunmehr anhand der Zeichnung näher beschrieben, welche
eine scheraatische Anordnung der Vorrichtung in Seitenansicht wiedergibt.
Die Vorrichtung weist einen senkrechten zylindrischen Beizbehälter 1 mit einer Bohrung von 8 Zoll (203 mm) auf, der
aus glasfaserverstärktem Polypropylen besteht, abgesehen von einem oberen laattragenden Abschnitt 2 aus Edelstahl,, welcher
mit Polypropylen ausgekleidet ist und mit einem Polypropylen-Haltering
2a sowie einem abnehmbaren ebenfalls mit Polypropylen
ausgekleideten Deckel 3 zum Beschicken und Entladen des Beizbehälters 1 mit einem Brennstoffelementbündel 4 ausgerüstet
ist. Jedes Brennstoffelementbündel besteht typischerweise aus 36
jeweils 13 Fuß (4 m) langen Brennstoffelementen, die an den
oberen Enden an einer runden perforierten bzw. mit löchern versehenen Edelstahlplatte angebracht sind, welche eine Hebeöse aufweist, und die an ihren unteren Enden mittels eines perforierten
Polypropylen-Gitters mit Abstand voneinander angeordnet sind. Eine Halterung für das Kernbrennstoff^ßlementbündel
ist durch die Lokalisierung der perforierten Edelstahlplatte auf dem Eolypropylen-Haltering 2a im oberen lasttragenden Abschnitt 2 des Beizbehälters 1 vorgesehen, wobei der Tragring 2a
mit Kanälen versehen ist, welche eine Flüssigkeitsströmung nach und von dem Beizbehälter 1 ermöglichen. Das untere Ende des
Beizbehälters 1 ist mittels gelenkig verbundener kolbenbetätigter Ventile 5 bzw. 6 und einer Polypropylen-Rohrleitung mit
drei mit Polypropylen ausgekleideten Flußeisen-Speicher- bzw. Vorratstanks 7, 8 und 9 verbunden, welche jeweils Ätzsäure,
entmineralisiertes Wasser für das Waschen des BrennstoffelementbündelS
4 nach dem Ätzen zum Anhalten der Ätzwirkung sowie eine Detergentien- "bzw. Reinigungsmittel-Zusammensetzung in entmineralisiertem
Wasser enthalten, welche dazu verwendet wird, das Brennstoffelementbündel
4 zu entfetten, bevor der Beizvorgang beginnt«
109824/1814 .BAD original
Der obere lasttragende Abschnitt 2 des Beizbehälters 1 ist
mit einem mit Polypropylenjausgekleideten IPlußeisen-Ausgleichsbzw. Beruhigungstank 10 mit Flüssigkeitsspiegelfühlern "HOCH" 11
und "NIEDRIG-" 12 ausgerüstet. Die gelenkige Verbindung der
Ventile 5 und 6 stellt sicher, daß zu einer Zeit nur ein Speichertank
7, 8 oder 9 mit dem Beizbehälter 1 und dem Ausgleichstank 10 in Verbindung sein kann. Soienoidbetätigte Gasventile 13a
bzw. 13b steuern die Zufuhr und den Abzug von Druckluft oder einem
sonstigen geeigneten Gas, beispielsweise Stickstoff, nach und von den Speiehertanks 7, 8 und 9 und dem Ausgleichstank 10. Ein Gas/
Flüssigkeits-Irennfläehendetektor 14 ist an der Leitung angebracht,
die vom Ventil 5 nach dem Ätzflüssigkeits-Speichertank 7 verläuft. Die Anlage ist so angeordnet, daß alle Speiehertaris
auf einem niedrigeren Pegel als der Beizbehälter liegen, was sicherstellt, daß der letztere selbstentleerend wirkt, und daß die Behandlungsflüssigkeiten
nicht in Berührung mit den Ventilen 5 und gelangen, wenn die Anlage nicht in Betrieb ist. Nur ein einziges
Ventil 5 ist dem Angriff durch die Itzsäure ausgesetzt, und dies
nur für die Dauer der Ätzfolge.
Beim Betrieb wird durch den Einlaß von Druckluft oder einem
sonstigen geeigneten Gas, beispielsweise Stickstoff, durch das zugeordnete Gaszufuhrventil 13a nach dem oberen Teil irgendeines
der Speichertanks 7, 8 oder 9 über die Flüssigkeits/Gas-Irennflache
109824/18U
im Tank Flüssigkeit aus dem Tank gezwungen, den Beizbehälter 1
zu füllen. Die Flüssigkeit läuft vom Beizbehälter 1 in den Ausgleichstank
1.0 über, dessen Gasventil 13b zum Ablassen geöffnet
ist. Wenn die Flüssigkeit, welche in den Ausgleichstank TO überläuft,
die Höhe des hohen Flüssigkeitspegel-Detektors 11 erreicht, bewirkt dieser ein Schließen des Speichertank-Gaszufuhrventils
13a und ein Öffnen seines Gasablaßventils 13b, während sich das Gasablaßventil 13b des Ausgleichstanks 10 schließt
und das Gaszufuhrventil 13a sich öffnet, so daß Druckluft oder ein anderes geeignetes Gas, beispielsweise Stickstoff, in den
oberen Teil des Ausgleichstanks 10 über der Flüssigkeits/Gas-Trennfläche
im Ausgleichstank 10 eingelassen wird. Dadurch wird bewirkt, daß die Flüssigkeit im Ausgleichstank 10 den Beizbehälter
1 hinunter gezwungen wird. Wenn die Flüssigkeit im Ausgleiehstank 10 die Höhe des Flüssigkeitspegel-Detektors 12
"NIEDRIG" erreicht, bewirkt dieser die Umkehrung der Gasventile 13a μηά 13b sowohl des Speichertanks als auch des Ausgleichstanks, derart, daß das Ventil 13a im Speichertank nochmals
Druckluft oder ein anderes geeignetes Gas, beispielsweise Stickstoff , in den Speichertank einläßt und das Ventil T3b im Ausgleichstank
10 wiederum zum Ablassen angeschlossen ist. Somit wird wiederum Flüssigkeit aufwärts durch den Beizbehälter 1
hindurchgezwungen. Eine Wiederholung dieser Folge ruft eine oszillierende Wirbelströmung der Flüssigkeit auf- und abwärts
im Beizbehälter 1 über ein Brennstoffelementbündel 4 hervor,
welches darin enthalten ist. Die Dauer der Hin- und Herbewegung
109824/1814 .BAD original
der Flüssigkeit im Beizbehälter 1 kann mittels automatischer Einrichtungen vorbestimmt oder manuell gesteuert -werden.
Eine typische Folge von Behandlungszyklen, welche beim
Beizen von Brennstoffelementbündeln mit Hüllen aus Zirkonium oder einer Zirkoniumlegierung Anwendung findet, wird nunmehr angegeben:
Dauer
1. Waschen mit Reinigungsmittel (Alkali-Entfettung in 5 bis 10 Min.
entmineralisiertem Wasser bei 500C)
2. Waschen mit entmineralisiertem Wasser - kalt wenigstens
5 Minuten.
3. Waschen mit entmineralisiertem Wasser - kalt wenigstens
5 Minuten.
4. Waschen mit Ätzflüssigkeit (2$ Azeotrop-Fluorwasser- 2 bis 10 Min,
stoff- bzw. Flußsäure und 20$ konzentrierte
Salpetersäure in entminemlisiertem
Wasser bei 30° C)
5. Fixierung - Waschen mit entmineralisiertem 2 bis 5 Min.
Wasser - kalt
6. Entmineralisiertes Wasser - kalt ■ wenigstens
5 Minuten,
7. Entmineralisiertes Wasser - kalt wenigstens
5 Minuten.
Der Betrieb all dieser Folgevorgänge wird mittels Druckknöpfe ferngesteuert, außer bei den Ätz- und Fixierungs-Wäsohefolgen .mit entmineralisiertem
Wasser, wenn das Drücken eines einzelnen Druckknopfes
10 9 8 24/1814
die Ätzflüssigkeit für eine vorbestimmte Zeit in Zyklen versetzt,
an deren Ende die Flüssigkeit beim Beizbehälter 1 in den Speichertank 7 am Flüssigkeits/Gas-Zwischen- bzw. Trennflächen-Detektor
vorbei entleert wird, der die Beendigung der Entleerung der Ätzflüssigkeit
.vom Beizbehälter her abfühlt und dann sofort Ventile
betätigt, um die Fixierungswäsche mit entmineralisiertem Wasser
für eine vorbestimmte Zeit .zyklisch erfolgen zu lassen.
Die beschriebene Beizvorrichtung reduziert Handhabungsschäden an den zu beizenden Gegenständen auf ein Minisim und eignet
sich zur Verwendung einer Anzahl von Kombinationen der Ätz-, Fixier- und Waschfolgen von unterschiedlicher Dauer, und zudem ermöglicht
die oszillierende Wirbelströmung während der Ätzfolge ein gutes Mischen sowie eine gute Wärmeübertragung und Gasdispersion, was
eine nahezu gleichmäßige Oberflächenentfernungsrate ergibt. Diese Faktoren, verbunden mit einem sehr schnellen Übergang von Ätzauf
Fixierfolgen, und das -Hichtvorhandensein von Vergiflungs- und
Spritzgefahren für das Bedienungspersonal ergeben gemeinsam eine wirksame Beizvorrichtung.
Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden
Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich
vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen
— oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.
109824/1814 Λ*°-"'wjal
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Beizen von metallischen Gegenständen,
dadurch gekennzeichnet, daß sie einen langgestreckten Beizbehälter, eine Anzahl Speichertanks für die Aufnahme von
Behandlungsflüssigkeiten, eine Einrichtung für das Pullen
des Beizbehälters mit Flüssigkeit von einem der Speichertanks her sowie eine Einrichtung zur Erzeugung einer oszillierenden Wirbelströmung
der Flüssigkeit hin und her entlang der Länge des Beizbehälters aufweist, während der Beizbehälter mit Flüssigkeit
gefüllt bleibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Beizbehälter in Form eines senkrecht orientierten Hohres ausgebildet
ist, welches mit einer Einrichtung versehen ist, die einen der Speichertanks mit dem unteren Ende des Beizbehälters verbindet,
sowie mit einem Ausgleichstank, welcher mit dem oberen Ende des Beizbehälters verbunden ist, daß eine Einrichtung vorgesehen
ist, die Flüssigkeit von irgendeinem Speichertank dazu zwingt, den Beizbehälter zu füllen und eine oszillierende V/irbelströmung
10982 A/18U
der Flüssigkeit im Beizbehälter auf- und abwärts hervorzurufen,
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung für den Einlaß von Gas unter Druck nach den
Speichertanks und dem Ausgleichstank über dem darin befindlichen
Flüssigkeitspegel vorgesehen ist, daß eine oszillierende Wirbelströmung der Flüssigkeit von-irgendeinem der Speichertanks hin
und her entlang der Länge des Beizbehälters, mittels Einlassens von Gas unter Druck in den Speichertank über dem darin befindlichen
Flüssigkeitspegel bewirkt wird, derart, daß Flüssigkeit vom Speichertank entlang der Länge des Beizbehälters in den Ausgleichstank
gezwungen wird, daß die Flüssigkeit dann vom Ausgleichs· tank entlang der Länge des Beizbehälters durch Einlassen von Gas
unter Druck in den Ausgleichstank über dem darin befindlichen Flüssigkeitspegel gedrückt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichertanks' auf einen niedrigeren Pegel als der Beizbe- '
halter eingestellt sind, derart, daß der Beizbehälter selbstentleerend in die Speichertanks wirkt.
ORIGINAL
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Family Applications (1)
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