DE1931174B2

DE1931174B2 - Einrichtung zum elektrolytischen Durchlaufpolieren von stabförmigen Werkstücken aus Zirkortlegierungen

Info

Publication number: DE1931174B2
Application number: DE1931174A
Authority: DE
Inventors: Ludwig 8500 Nuernberg Koehler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-06-19
Filing date: 1969-06-19
Publication date: 1975-09-04
Also published as: BE751837A; FR2046901B1; GB1299968A; US3720595A; JPS507540B1; FR2046901A1; SE367656B; DE1931174A1; RO55096A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum elektrolytischen Durchlaufpolieren von stabförmigen Werkstücken aus Zirkonlegierungen, insbesondere von Brennstabhüllrohren bzw. fertigen Brennstäben für Kernreaktoranlagen aus einem rohrförmigen, das durchlaufende Werkstück umgebenden und gleichzeitig als Kathode wirkenden Elektrolytbehälter, dessen Querschnitt jenem des Werkstückes angepaßt ist und der zur Führung des Hüllrohres auf beiden Seiten mit Hilfe einer Dichtung abgeschlossen und mit Anschlüssen für den kontinuierlichen, durch eine Pumpe bewirkten Durchlauf des Elektrolyten versehen ist. Diese Bauteile müssen gegenüber dem Raktorkühlmittel. z. B. Druckwasser von 300⁰C, äußerst korrosionsbeständig sein. Dies ist aber nur dann möglich, wenn diese Oberflächen keinerlei Rückstände aus dem Fertigungsverfahren, insbesondere auch keine Beizrückstände, mehr aufweisen. Es ist in diesem Zusammenhang bereits vorgeschlagen worden, Zirkonbauteile, insbesondere aber die Hüllrohre von Reaktorbrennstäben, elektrolytisch zu polieren, s. die DT-OS 16 13 391. Üblicherweise wird das an sich bekannte Elektropolierverfahren innerhalb von Badbehältern durchgerührt, wobei die benötigten Elektroden der Werkstückform entsprechend angepaßt sind. Es ist dabei notwenig, daß eine Mindeststromdichte nicht unterschritten wird, da sonst keine glatte und glänzende Oberfläche erzielt werden kann. Dies bedeutet aber nfchts anderes, als daß bei 3ädern, in denen das gesamte Werkstück gleichzeitig elektrolytisch poliert wird, sehr hohe Ströme zur Anwendung kommen müssen, die einmal zu einer starken Temperaturerhöhung

ίο des Elektrolyten selbst führen, aber auch wegen ihrer Zuführung, insbesondere zu dem zu polierenden Werkstück, große Schwierigkeiten mit sich bringen.

Für die elektrolytische Durchlaufbehandlung von draht- und bandförmigen Materialien sind Einrichtun gen bekanntgeworden — siehe die deutsche Patent schrift 8 13 621 — bei denen ein rohrförmiger Elektrolytbehälter das in einfachen Dichtungen geführte Werkstück umgibt

Eine solche Einrichtung ist jedoch für das elektrolyti-

sehe Polieren nicht geeignet, da dort wesentlich höhere Stromdichten notwendig sind und somit erhebliche Wärmemengen abgeführt werden müssen. Außerdem muß dafür gesorgt werden, daß auf den Werkstückoberflächen keinerlei Elektrolytruckstände verbleiben, da diese bsim weiteren Einsatz derselben in der Kernreaktortechnik zur Ausbildung äußerst unerwünschter Korrosionserscheinungen führen wurden Dies erfordert Dichtungen, die nicht nur eine ausgezeichnete Sperre gegenüber dem Elektrolyten darstellen, sondern

auch eine exakte Zentrierung der durchlaufenden Werkstücke gegenüber der rohrförmigen Kathode gewährleisten.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, daß die Dichtungen elastisch ausgebildet sind, wobei für die Herstellung und Aufrechterhaltung des Sitzes derselben ein Preßgaspolster Verwendung findet, zur ständigen Kühlung der durchlaufenden Werkstücke dem Elektrolytbehälter vor- und nachgeschaltete Wasserkammern sowie eine Kühlung in der Elektro- lytumlaufleitung vorgesehen ist und Antriebs- und Stromzuführungsrollen für den zu behandelnden Brennstab vor und hinter dem Elektrolytbehälter angeordnet sind. Weitere Einzelheiten und Vorteile dieser Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor, das in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist. Dabei zeigt die F i g. 2 einen Ausschnitt aus der Polierkammer mit speziell geformten Oberflächen des gleichzeitig als Kathode fungierenden Elektrolyt behältern

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch diese Einrichtung. Mit 1 ist das durchlaufende Werkstück, in diesem Fall ein Kernreaktorbrennstab, bezeichnet. Die Polierkammer wird durch die Kathode 3 gebildet, die beider seits mit den Dichtungen 7 abgeschlossen ist. Diese sind in einem Isolierstoffkörper 4 bzw. 4' gelagert und bilden einen preßgasgefüllten Ringraum 13 bzw. 13', wobei ein mit dem Isolierstoffkörper 4 starr verbundener Gegenring 8 als Widerlager dient. Die Ringräume 13 bzw. 13' sind an eine Preßgasleitung 12 angeschlossen. Der Gasdruck sorgt also dafür, daß die Dichtung 7 stets einen einwandfreien Sitz auf dem durchlaufenden Rohr hat. Das Material dieser Dichtung muß selbstverständlich gegenüber dem Elektrolyten der Einrichtung

⁶S widerstandsfähig sein. Gut geeignet ist Silikonkautschuk, der in dieser speziellen Form zweckmäßigerweise gegossen wird. An diese beiden Abdichtungen der Polierkammer schließen sich zwei Wasserkammern

10 bzw. 10" an, die durch die Isolierstoffkörper 4 und 5 bzw. 4' und 5' gebildet werden. Diese Kammern sind vom Kühlwasser 9 durchströmt, das über Leitungen U bzw. 11' zu einer Rückkühl- und Reinigungseinrichtung gelangt, bevor es wieder in die Kammern 10 bzw. 10' eingeleitet wird. Nach außen hin sind diese Kammern durch einfache Dichtungen 6 gegenüber dem durchlaufenden Rohr 1 abgedichtet Der Elektrolytbehälter bzw. die Kathode 3 hat für den Elektrolyt 32 jeweils eine Zuführungs- und Abführungsleitung, die über eine Kühlanlage 16 und eine Pumpe 17 miteinander verbunden sind.

Der Elektrolytbehälter bzw. die Kathode 3 sind entweder aus nichtrostendem Stahl gefertigt oder zur Verringerung des Spannungsabfalls innerhalb dieser Elektrode aus Kupfer und an den Stellen, die mit dem Elektrolyten in Berührung kommen, mit rostfreiem Stahl plattiert, siehe Bezugszeichen 31.

Zur weiteren Vergleichmäßigung der Polierwirkung kann es dabei zweckmäßig sein, die Wandung der eigentlichen Polierkammer bzw. der Kathode 3 mit die Elektrolyseströme führenden, vorzugsweise schraubenförmig angeordneten Vorsprüngen, z. B. nach Art eines Gewindeganges 33, siehe F i g. 2, zu versehen. Dies hat zur Folge, daß die Elektrolytströmung schraubenförmig um das zu polierende Werkstück herumgeführt wird, so daß z. B. Ungleichmäßigkeiten in der Polierwirkung durch eine sonst möglicherweise örtliche Erwärmung des Elektrolyten mit Sicherheit vermieden wird. Die schraubenförmigen Vorsprünge 33 tragen außerdem durch ihre oberflächenvergrößernde Wirkung zur Vergleichmäßigung der Temperatur und zur Kühlung des Elektrolyten bei.

Die stabförmigen Werkstücke werden durch außerhalb der Einrichtung angeordnete Rollen 15 bzw. 15' bewegt. Diesen gegenüber liegen ^ie Stromzuführungsrollen 14 bzw. 14', die mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden sind. Für den Betrieb der ganzen Einrichtung ist es wichtig, daß nach dem Durchlauf des Brennstabes sofort wieder für einen Verschluß der Elektrolytkammer gesorgt wird. Dies geschieht, wie in F i g. 1 angedeutet, dadurch, daß die aneinanderfolgen-S den Brennstäbe 1 durch Kunststoffstücke 2 des gleichen äußeren Durchmessers miteinander verbunden werden. Nach Beendigung des Poiiervorganges und Abschaltung der Stromquellen wird als letztes ein Kuattstoffstück 2 praktisch gleicher Form nach dem

ίο letzten Brennstab in die Einrichtung eingeschoben und bleibt in dieser stehen, bis dieselbe wieder in Betrieb genommen wird. Damit wird erreicht daß der Elektrolyt nicht auslaufen kann und daß auch die Funktion der Dichtungsmanschetten aufrechterhalten bleibt

Zum weiteren Verständnis der Funktion des Erfindungsgegenstandes seien noch einige Verfahrensdaten genannt Mit dieser Einrichtung können z. B. Zirkonlegierungen, wie Zircaloy 2 bis 4, Zikonkupferlegierungen poliert werden. Der Querschnitt der Stäbe muß selbstverständlich nicht unbedingt kreisförmig sein. Es können z. B. auch Ovalrohre oder Vierkantrohre bzw. Stäbe in ähnlicher Weise poliert werden. Bei Stabdurchmessern von 10 bis 15 mm lassen sich Vorschubgeschwindigkeiten von 1 bis 10 m/min, erreichen, wobei

Stromstärken von 5 bis 100 A in Frage kommen. Die Spannung beträgt dabei etwa 10 bis 50 V. Wie bereits erwähnt, kommt für Zirkonlegierungen als Elektrolyt eine Mischung von Essigsäure-Perchlorsäure in Frage, der z. B. auch noch Salzsäure und/oder Chloressigsäure zugesetzt sein kann. Dabei soll die Temperatur des Elektrolyten etwa auf Raumtemperatur liegen, also 20 bis 30⁰C betragen. Der Preßgasdruck für die Dichtungen richtet sich nach der Steifigkeit des Dichtungsmaterials. Er wird normalerweise in der Größenordnung von 1 bis 3 atü liegen. Zur Erzielung des gewünschten Poliereffektes genügt normalerweise ein Zirkonabtrag von 1 bis 20 μ.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Einrichtung zum elektrolytischen Durchlaufpolieren von stabförmigen Werkstücken aus Zirkonlegierungen, insbesondere von Brennstabhüllrohren bzw. fertigen Brennstäben für Kernreaktoranlagen aus einem rohrförmigen, das durchlaufende Werkstück umgebenden und gleichzeitig als Kathode wirkenden Elektrolytbehälter, dessen Querschnitt jenem des Werkstückes angepaßt ist und der zur Führung des Hüllrohres auf beiden Seiten mit Hilfe einer Dichtung abgeschlossen und mit Anschlüssen für den kontinuierlichen, durch eine Pumpe bewirkten Durchlaut des Elektrolyten versehen ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen elastisch ausgebildet sind, wobei für die Herstellung und Aufrechterhaltung des Sitzes derselben ein Preßgaspolster Verwendung findet, zur ständigen Kühlung der durchlaufenden Werkstücke dem Elektrolytbehälter vor- und nachgeschaltete Wasserkammern sowie eine Kühlung in der Elektrolytumlaufleitung vorgesehen ist und Antriebs- und Stromzuführungsrollen für den zu behandelnden Brennstab vor und hinter dem Elektrolytbehälter angeordnet sind.
2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen aus Silikonkautschuk bestehen und mit Hilfe der Gießtechnik hergestellt sind.
3. Einrichtung nach Anspruch I und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wandung des Elektrolytbehälters mit die Oberfläche vergrößernden sowie die Elektrolytströmung führenden, vorzugsweise schraubenförmig angeordneten Vorsprüngen, versehen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolytbehälter aus einem elektrisch gut leitenden Material, insbesondere Kupfer, besteht und lediglich an den mit dem Elektrolyten in Berührung kommenden Partien mit rostfreiem Stahl plattiert ist.