DE1949989B2 - Traeger fuer uranoxid-pellets - Google Patents
Traeger fuer uranoxid-pelletsInfo
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- G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
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Description
Die Erfindung betrifft einen Träger für Uranoxid-Pel- W
lets für das Entwachsen und Sintern desselben. Ein solcher Träger findet insbesondere Verwendung beim
Verfahren zur Herstellung von Uranoxid-Pellets für Kernreaktoren.
Bei der Herstellung von Uranoxid-Pellets wird zuerst fein vermahlenes oder vorzugsweise mit Hilfe einer
Strahlmühle zerkleinertes Uranoxidpulver mit einem organischen Bindemittel, wie Polyvinylalkohol oder
Carbowachs vermischt. Die Mischung wird dann agglomeriert und unter einem Druck zwischen ca. 2 und
5 6 kg/cm2 zu zylindrischen Pellets mit ausreichend hoher Frischfestigkeit, um den nachfolgenden Behandlungen
standzuhalten und feste haltbare fertige Pellets zu bilden, gepreßt. Das für das Pelletisieren verwendete
organische Bindemittel muß zuerst entfernt werden, um eine starke Verunreinigung des fertigen Produkts
vorwiegend durch Kohlenstoff und Stickstoff, zu umgehen. Das Bindemittel wird im allgemeinen durch
eine Behandlung entfernt, die gewöhnlich als »Entwachsen« bezeichnet wird. Diese Behandlung wird bei einer
Temperatur von ca. 8000C unter Verwendung einer Mischung aus Dampf und einer geringen Menge
Wasserstoff oder Crack-Ammoniak durchgeführt, wobei die letzteren zur Verhütung einer Oxidation des UO2
angewendet werden. Nachdem das Bindemittel entfernt ist, werden die »entwachsten« Pellets bei einer
Temperatur von ca. 16500C in einer reduzierenden Atmosphäre auf ca. 95% oder mehr der theoretischen
Dichte gesintert.
Bei der gewerblichen Herstellung von Uranoxid-Pellets wird eine große Menge an Pellets innerhalb einer
kurzen Zeit entweder automatisch oder halbautomatisch behandelt. Der Bau eines Trägers für die
Handhabung der Pellets für das Entwachsen und Sintern wird zu einem wichtigen Gesichtspunkt einer erfolgreichen
gewerblichen Pelletisier-Anlage für Uranoxid. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen für die
industrielle Herstellung von Uranoxid-Pellets geeigneten Träger zu schaffen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine bei den Temperaturen und Umgebungsbedingungen während
der Entwachsungs- und Sintervorgänge korrosionsbeständige metallische Unterlage vorgesehen ist, auf
dieser ein erstes gewelltes Molybdän-Blech entfernbar angeordnet ist, das im wesentlichen parallele Wellungen
mit Vertiefungen zum Lagern einer Vielzahl von Uranoxid-Pellets aufweist, mindestens ein weiteres
gewelltes Molybdän-Blech mit im wesentlichen parallelen Wellungen zum Lagern von zusätzlichen Uranoxid-Pellets
vorgesehen ist, und jedes der weiteren Molybdän-Bleche im Abstand über und entfernbar von
einem unteren Molybdän-Blech angeordnet ist, wobei die Abstände durch die dazwischengelegten Uranoxid-Pellets
oder durch eine Anzahl von zwischen die Belche gelegten Abstandhaltern aus Molybdän, die einen
größeren Abstand schaffen als dem Durchmesser der Pellets entspricht, gebildet werden.
Das weitere Molybdän-Blech wird während des Sintervorganges vorzugsweise durch die Pellets und
während des Entwachsungsvorganges vorzugsweise durch eine Anzahl von Abstandhaltern, insbesondere
Zylindern, aus Molybdän gestützt, deren Durchmesser größer als der der Pellets ist. Für den Sintervorgang
können mit Vorteil ein oder mehrere Molybdän-Bleche über der letzten Pellet-Schicht angeordnet werden, um
als Hitzeschild für eine gleichmäßige Verteilung der Wärme unter den Pellets zu dienen und damit ein
gleichmäßiger gesintertes Produkt zu schaffen.
Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Trägers für den Entwachsungs- und Sintervorgang können die
Uranoxid-Pellets einfach, schonend und mit einem Minimum an Arbeitsaufwand gehandhabt werden.
Insbesondere wird bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Trägers ein außerordentlich gleichmäßig
gesintertes Produkt erhalten.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen. In
der Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines für das Entwachsen geeigneten Trägers für Uranoxid-Pellets
und
F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines für das Sintern geeigneten !Trägers für die Pellets.
Bei dem in F i g. I gezeigten Träger 10, der speziell für
Entwachsungsvorgänge eingerichtet ist, ist ein .Stützblech
11 mit einem geradlinigen flachen Hauptkörper 12
und zwei an gegenüberliegenden Seiten der Unterlage 11 angeordneten Brüstungen 13 und 14 vorgesehen. Die
Unterlage 11 sollte aus einem Metall gefertigt sein, das
bei den Umgebungsbedingungen während des Entwachsungsvorganges im wesentlichen korrosionsbeständig
ist. Rostfreier Stahl oder Inconel sind hervorragend geeignet für diesen Zweck. Die Unterlage 11 kann
zu der in F i g. 1 gezeigten Form durch Verformen oder Extrudieren gebracht sein.
Auf der Unterlage 11 befinden sich zwei rechteckige Molybdän-Bleche 15 und 16 nebeneinander, wobei ihre
voneinander abweisenden äußeren Kanten parallel zu den Brüstungen 13 und 14 angeordnet sind und
vorzugsweise an diesen anliegen. Die Molybdän-Bleche sind gewellt, wobei sich im wesentlichen parallele
Vertiefungen 17 über die gesamte Länge der Bleche erstrecken. Die Vertiefungen 17 sind zum Halten einer
Vielzahl von Reihen aus Uranoxid-Pellets eingerichtet, wobei jede Reihe von den danebenliegenden Reihen
durch einen festen Abstand von ungefähr dem einfachen bis zweifachen Durchmesser der Pellets getrennt ist.
Über der ersten Schicht der Molybdän-Bleche 15 und 16 befinden sich zwei ähnlich gewellte Molybdän-Bleche
18 und 19. Jedes dieser Bleche ist von seinem entsprechenden benachbarten Blech in vertikaler
Richtung durch zwei Walzen aus Molybdän-Zylindern 20, die an den äußersten Vertiefungen der gewellten
Bleche angeordnet sind, in einem vertikalen Abstand gehalten, der größer als der Durchmesser der Pellets ist.
Die Verwendung der Molybdän-Zylinder schafft über den Pellets einen Flaum und ermöglicht somit das
Entweichen von Zersetzungsprodukten während des Entwachsens. Zwei oder mehr Schichten von ähnlich
gewellten Molybdän-Blechen 21 können zum Halten von weiteren Pellets für das Entwachsen vorgesehen
sein, wobei jedes Blech von seinem benachbarten oberen und/oder unteren Blech durch Molybdän-Zylinder
20 getrennt ist.
Das gewellte Molybdän-Blech kann auf jede geeignete Weise hergestellt sein. Es kann beispielsweise aus
einem flachen Blech zu der gewünschten Form verformt werden. Die Dicke des gewellten Bleches kann in
Abhängigkeit von der Größe der Pellets und von der darauf ausgeübten Belastung variieren. Da die Wellung
das Blech vorteilhafterweise verfestigt, reicht eine Dicke von ca. 2,5 mm zum Handhaben von Pellets
normaler Größe aus.
Zum Sintern kann der oben beschriebene Trüger verwendet werden. Da beim Eniwachsungsvorgang die
meisten flüchtigen Stoffe aus den Pellets entwichen sind, kann der zwischen den gewellten Blechen durch die
Molybdän-Zylinder geschaffene Zwischenraum wegfallen. Wenn eine Unterlage aus rostfreiem Stahl oder aus
Inconel für den Entwachsungsvorgang verwendet wurde, kann es weiterhin vorteilhaft sein, die Unterlage
ίο durch eine solche aus einem temperaturbeständigeren
Material, wie Molybdän, auszutauschen, da das Sintern
der Urandioxid-Pellets bei einer erheblich höheren Temperatur, d.h. ca. lö50cC, durchgeführt wird. Das
Austauschen des Trägers kann in einfacher Weise vorgenommen werden, indem jeder der beiden Stapel
aus Uranoxid-Pellets auf den gewellten Molybdän-Blechen
auf eine Molybdän-Unterlage geschoben wird und die Molybdän-Zylinder aus den Vertiefungen an den
Kanten der Bleche entfernt werden. Der erhaltene Träger weist nunmehr im wesentlichen die in Fig. 2
dargestellte Form auf. Bei der hier dargestellten Ausführungsform besteht die Unterlage 22 aus Molybdän
und hat im wesentlichen die gleiche Gestalt wie die Unterlage des Entwachsungsträgers 10, sie ist jedoch
nur ungefähr halb so breit. Die gewellten Bleche 23 sind jetzt lediglich durch die entwachsten Pellets 24
voneinander getrennt.
Zur Bildung eines Hitzeschildes, welches zu einer gleichmäßigeren Verteilung innerhalb des Stapels der
Pellets und daher zu einem einheitlicheren Sinterprodukt führt, können ein oder mehrere Lagen aus
gewellten Molybdän-Blechen 25 über die oberste Lage von Pellets 26 angeordnet werden. Die als Hitzeschilde
verwendeten Molybdän-Bleche können mit Hilfe von Abstandhaltern 27 aus Molybdän voneinander getrennt
werden, welche an den vier Ecken und in der Mitte zwischen die Bleche 25 gesetzt sind.
Der erfindungsgemäße Träger kann in modernen automatischen oder halbautomatischen Pelletisier-Anlagen
für die Herstellung von keramischen UO2-Brennstoffelementen
verwendet werden. Bei modernen Pelletisier-Anlagen werden UO2-Pe!lets kontinuierlich
gepresst. Diese Pellets werden dann entweder einzeln oder auf einmal in Form einer Reihe auf die gewellten
Bleche gelegt. Ist die erforderliche Anzahl von Pellet-Schichten gefüllt, dann wird der Träger zur
Entfernung des in den Pellets enthaltenen Bindemittels zum Entwachsungsofen befördert. Im Anschluß an das
Entwachsen werden die Stapel der Pellets direkt auf eine neue Unterlage überführt, aus den Stapeln die
Abstandhalter aus Molybdän entfernt und das Hitzeschild auf ihnen angebracht. Nach dieser Änderung wird
der Träger in den Sinterofen für die erforderliche Behandlung geführt. Da die Pellets ordentlich in Reihen
gelagert sind, ist die anschließende Handhabung des gesinterten Produktes dementsprechend vereinfacht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Träger für Uranoxid-Pellets für das Entwachsen und Sintern derselben, dadurch gek ι-zeichnet,
daß eine bei den Temperature, und Umgebungsbedingungen während der Entwachsungs-
und Sintervorgänge korrosionsbeständige metallische Unterlage (11) vorgesehen ist, auf dieser
ein erstes gewelltes Molybdän-Blech (15, 16, 23) entfernbar angeordnet ist, das im wesentlichen
parallele Wellungen mit Vertiefungen (17) zum Lagern einer Vielzahl von Uranoxid-Pellets (24)
aufweist, mindestens ein weiteres gewelltes Molybdan-Blech
(18, 19, 21, 25) mit im wesentlichen parallelen Weliungen zum Lagern von zusätzlichen
Uranoxid-Pellets vorgesehen ist, und jedes der weiteren Molybdän-Bleche im Abstand über und
entfernbar von einem unteren Molybdän-Blech angeordnet ist, wobei die Abstände durch die
dazwischengelegten Uranoxid-Pellets (24) oder durch eine Anzahl von zwischen die Bleche gelegten
Abstandhaltern (20, 27) aus Molybdän, die einen größeren Abstand schaffen als dem Durchmesser
der Pellets entspricht, gebildet werden.
2. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Unterlage aus rostfreiem
Stahl (11) oder Molybdän besteht.
3. Träger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Unterlage (11)
einen im wesentlichen flachen geradlinigen Hauptkörper (12) aufweist, an dem an den entgegengesetzten
Seiten zwei Brüstungen (13 und 14) vorgesehen sind.
4. Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter
(20, 27) für die gewellten Bleche Molybdän-Zylinder sind, deren Durchmesser größer
ist als der Durchmesser der Pellets (24), und daß mindestens einige der Molybdän-Zylinder auf den
den Kanten der Bleche benachbarten Wellungen angeordnet sind.
5. Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger
(10) zum Halten der Pellets (24) für den Entwachsungsvorgang mindestens drei Lagen aus gewellten
Molybdän-Blechen (15,18,21) aufweist.
6. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (22) zum
Halten der Pellets (24) für den Sintervorgang so mindestens fünf Lagen aus gewellten Molybdän-Blechen
(23, 25) aufweist, wobei mindestens das die oberste Lage bildende Molybdän-Blech (25) keine
Pellets trägt und die Pellets (24) tragende Bleche jeweils durch die Pellets voneinander beabstandet
sind.
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