DE1949989B2

DE1949989B2 - Traeger fuer uranoxid-pellets

Info

Publication number: DE1949989B2
Application number: DE19691949989
Authority: DE
Inventors: James Allen St Louis; Hubert Paul William Peveiy; Mo. Rode (V-StA.)
Original assignee: United Nuclear Corp
Current assignee: United Nuclear Corp
Priority date: 1968-10-04
Filing date: 1969-10-03
Publication date: 1977-11-10
Also published as: GB1222937A; DE1949989C3; SE343161B; DE1949989A1; US3632095A; FR2019957A1

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. lö50^cC, 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

Patentansprüche:

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.