DE2021846A1

DE2021846A1 - Process for producing a quasi-homogeneous structure

Info

Publication number: DE2021846A1
Application number: DE19702021846
Authority: DE
Inventors: Prantl Ing Gustav; Istvan Orbath
Original assignee: Gesellschaft zur Foerderung der Forschung an der Eidgenoessischen Technischen Hochschule
Current assignee: Gesellschaft zur Foerderung der Forschung an der Eidgenoessischen Technischen Hochschule
Priority date: 1969-06-20
Filing date: 1970-05-05
Publication date: 1971-01-14
Also published as: DE2021846C3; DE2021846B2; CH486104A; BE752111A; US3754059A

Description

AugEDurg-Göggingen, May 4th, 1970

PATE NTAN WX LT I
DR. ING. E. LI EBAU
DIPL. ING. G. Ll £ SAU
WBAUGSBURG-GOGGiNGf^PATE NTAN WX LT I
DR. ING. E. LI EBAU
DIPL. ING. G. Ll £ SAU
WBAUGSBURG-GOGGiNGf ^

Dr.Lb/R Az G 79^2Dr.Lb/R Az G 79 ^ 2

Goa Society for the Promotion of Gorsohung

an dar Eidg. Teohn. Hochschule. Zürich (Schweiz) to the Eidg. Teohn. College . Zurich, Switzerland)

Process for the production of a quasi-honogenic structure

Biβ Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, zur Herstellung eines quasl-honogenen Gebilde· aus einer Vielzahl ▼on getrennten Partikeln verschiedener Korngrösse unter Anwendung Ton Vibration, der die Partikel innerhalb eines Behälters unterworfen werden» sowie auf die Anwendung des Verfahrens zur Herstellung eines VuklearbrennBtoff-Bleaentes·Biβ invention relates to a method of production a quasl-honogenic structure from a multitude ▼ on separated particles of different grain size using Sound vibration that causes the particles inside a container are subject to »as well as to the application of the process for the production of a nuclear fuel Bleaentes ·

für die Herstellung derartiger Vuklearbrennstoff-Xleaente werden in der Regel keraaisohe Partikel, beispielsweise Uran- oder Plutoniwi-Oxyde oder -Karbide rerwendet. Diese lleaente nüssen ein quaei-hoeogenes und diohtes Gebilde darstellen, wobei ait quasi-hoeogeη die abgesehen τon des partikelfUreigen Aufbau überall gleiche Beschaffenheit des Gebildes gekennzelohnet sein soll, weshalb es notwendig 1st, Partikel verschiedener terngrösse so ineinander zu fügen« dass auf Höhst keine Hohlrlluae swisohen ihnen verbleiben· Man unterwirft su diese« Zweok die Partikel Anerfor the production of such nuclear fuel xleaents are usually ceramic-like particles, for example Uranium or Plutoniwi oxides or carbides are used. These lleaente nuts have a quaei-hoeogenes and diohtes structure represent, where ait quasi-hoeogeη the apart τon the particle-free structure is the same everywhere the structure should be marked, which is why it is necessary 1st, particles of different core sizes so into one another add «that no hollow rlluae swisohen remain for them at the highest · One submits to these "purposes" the particles aner

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Vibration. Ee sind unter Anwendung dieser Technik verschiedene Verfahren bekannt» bei eines dieser Verfahren werden Partikel einer beatimrfcen Korngröße· duroh Vibration in einen Behälter verdichtet» und die derart verdichteten Partikel werden sodann an einer weiteren Verschiebung gehindert» indem gegen die freie Oberfläche der Partikel ein Bieb gedruckt wird» dessen Masohenweite etwas kleiner ist als die Partikel selbst» ua dann duroh erneute Vlbrationsanwendung duroh das Sieb Partikel einer kleineren Korngrösse eintragen su kennen» welche die Hohlräume zwischen den grtisseren Partikeln ausfüllen sollen. Sei diesen bekannten Verfahren ist jedooh nachteilig» dass sich nur runde Kügelohen als Partikel dazu eignen» nicht aber Bruchkanten aufweisende Partikel» wie sie häufig bei keranlsehen Stoffen für den hler genannten Verwendungszweck vorliegen. Als weiterer Nachteil wird diese Methode ferner bei einen sehr langen Behälter» der »eist ein Rohr 1st, inner schwieriger» da die kleineren Partikel auf den langen Weg duroh das grobe Gitter der grttsseren Fraktion dazu tendieren, Brücken zu bilden und die Durchgänge zu versperren· Bei Vorliegen eines sehr langen Behälters könnte also in diesen fall zur Ueberwindung der genannten Effekte nur die Vibrierdauer erheblich ausgedehnt werden» was bei einen seriennässlgen Herstellungsvorgang sloh negativ auswirkt.Vibration. Ee are various using this technique Process known: In one of these processes, particles of a breathable grain size are exposed to vibration a container is compacted »and the particles compacted in this way are then prevented from further displacement» in that a bead is printed against the free surface of the particles, the width of which is somewhat smaller than that Particles themselves »among other things then through renewed application of the vapor through the sieve inserting particles of a smaller grain size you know »which are the cavities between the larger particles should fill out. Be this known procedure However, it is disadvantageous that only round spheres can be seen as particles "Particles with broken edges" are suitable for this, as are often the case with keranl view materials for the purpose mentioned above are present. A further disadvantage of this method is that it becomes "the" icy in the case of a very long container A pipe is more difficult inside, because the smaller particles make the long way through the coarse grid of the larger ones Fraction tend to build bridges and block passages · If the vessel is very long In this case, to overcome the effects mentioned, only the duration of the vibration could be considerably extended become »which has a negative effect in a serial production process.

Bei einen weiteren bekannten Verfahren werden die Partikel der verschiedenen naoh lorngrösien getrennten Iraktionen in genauer Mengenabstlnnung sinultan In den Behälter eingefüllt und vemisehen sieh bein Aufeinandertreffen in Behälter» wozu jedooh äusstrst aufwendige Doeiervorriohtungen benötigt werden» die das Verfahren nachteilig verteuern« In a further known method, the particles of the various local sizes are separated from each other in precise quantities simultaneously into the container Filled in and missed see when they meet in containers »including extremely elaborate dosing devices are needed "which make the process disadvantageously more expensive"

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Si· Erfindung verfolgt das Zitl einer wesentlichen Verfahrens Vereinfachung, üb insbesondere dabei die Möglichkeit KU gewinnen, sowohl Bruchkanten aufweisende wie kugelföraige Partikel zur Herstellung eines quasi-hoaogenen Gebildes einsetzen zu können.The invention pursues an essential process Simplification, especially the possibility KU win, both with broken edges as well as spherical ones Use particles to produce a quasi-homogeneous structure to be able to.

Das Verfahren der obengenannten Art ist daher erfindungsgenäse daduroh gekennzeichnet, dass von den nach Korngrössen getrennten Fraktionen von Partikeln, die zusaaaen für das ein bestiaetee Behältervoluaeη beanspruchende Gebilde erforderlich sind, die Menge jeder Fraktion nach der Hassgabe bestiaat wird, dass innerhalb des Behaltervoluaene jeweils de nächst kleineren Partikel die Hohlräume zwischen den grösaeren Partikeln füllen, und dass die derart eraittelten Mengen aller Fraktionen je in gleich viele Teilaengen unterteilt werden und durch abwechselndes Einfüllen Ton Teilaengen in den Behälter in eine über das Behältervoluaen regelaässig verteilte Anordnung gebracht werden, worauf die oberste Partikelsohioht «ur Verhinderung einer Entmischung durch eine Druckkraft belastet und der Behälter einer Vibration derart unterworfen wird, dass durch Verkleinerung der Zwischenräume zwischen den Partikeln ein quasl-hoaogenes Gebilde entsteht.The method of the above type is therefore according to the invention daduroh marked that of the according to grain sizes separate fractions of particles which together for the a bestiaetee container volume demanding structure required are to determine the amount of each faction according to the hatred is that within the Behaltervoluaene de the next smaller particles fill the cavities between the larger particles, and that the amounts determined in this way of all fractions each divided into the same number of parts and by alternately filling clay parts into the container regularly in one over the container volume distributed arrangement are brought, whereupon the top particle ohms «To prevent segregation loaded by a compressive force and the container a vibration like that it is subjected to a quasi-homogeneous structure by reducing the interstices between the particles arises.

Zweokaäesig können die Teilaengen unterschiedlicher Fraktionen jeweils aufeinanderfolgend in den Behälter eingefüllt werden, wobei die Reihenfolge sich geaäss der Anzahl der Unterteilungen jeder Fraktion wiederholt. Wenn beispielsweise jede Fraktion in vier Teilaengen unterteilt ist, so wird sich bei drei vorhandenen Fraktionen unterschiedlicher Korngrösse die Reihenfolge dieser Fraktionen vieraal wiederholen. Die einzelnen Teilaengen der Fraktionen können dabei vorzugsweise in der Reihenfolge abnehmender Korngrösse aufeinanderfolgen. Ebenso können auch altelnander veraisohtsThe parts of different fractions can be filled into the container one after the other The order depends on the number the subdivisions of each faction repeated. For example, if each fraction is divided into four parts, so If there are three existing fractions of different grain sizes, the order of these fractions will be repeated four times. The individual parts of the fractions can preferably follow one another in the order of decreasing grain size. Likewise, altelnander veraisohts can also be

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Teilmengen unterschiedlicher Fraktionen, beispielweise die Teilaengen zweier Fraktionen, wechselweise mit einer TeIlaenge einer weiteren Fraktion in den Behälter eingefüllt werden, wobei sich dies ebenfalls entsprechend der Anzahl der Untertellungen jeder der Fraktionen wiederholt. Vorteilhaft wird die optimale Schichthöht einer Teilmenge la Behälter nach der vorhandenen Kombesehaffenheit Ib Hinblick auf kürzeste Yibrationsdauer bestlont und kann dann alt der derart bestiaaten Schichthöhe die für eine geforderte Oesaatlänge des Gebildes erforderliohe Anzahl der Unterteilungen der Fraktion eraittelt werden.Subsets of different fractions, for example the Partial lengths of two fractions, alternately with a partial length another fraction can be filled into the container, this also depending on the number of Subordination to each of the factions repeated. The optimal layer height of a subset la container is advantageous according to the existing combination properties Ib with regard to Shortest vibration duration and can then age in this way the layer height determines the required seed length of the structure required number of subdivisions the faction to be determined.

Erfindungegeaässe AusfUhrungsbeleplele des Verfahrens werden la folgenden anhand einer Zeichnung, die in soheaatisoher Barstellung die verschiedenen SohichtungsaBgliohkeiten für die Teilaengen der Fraktionen zeigt, erläutert. Es zeigernInvention according to the implementation of the method the following will be based on a drawing made in soheaatisoher Representation of the various settlement options for the parts of the fractions shows, explained. Show it

Fig. 1 einen alt Partikeln gefüllten Behälter la Längsschnitt, in welchen geaäes dea Verfahren drei Fraktionen unterschiedlicher Korngröeee nit einer Unterteilung in jeweils Tier Teilaengen abwechselnd eingefüllt sind.Fig. 1 is a longitudinal section of a container filled with old particles, in which three fractions are used different grain size with a subdivision into each Animal parts are filled in alternately.

Fig. 2 einen alt Partikeln gefüllten Behälter, in welchen zwei aiteinander veraiechte Teilaengen unterschiedlicher Fraktion abwechselnd alt einer Teilaenge einer weiteren Fraktion eingefüllt sind.Fig. 2 shows a container filled with old particles in which two mutually dissipated parts of different Fraction alternately old one part of another Fraction are filled.

Geaäas Fig. 1 ist ein Behälter 1 auf elnea Vibrator 2 angeordnet. In dea Behälter 1 sind Partikel von drei Fraktionen unterschiedlicher JCorngrösee eingefüllt, wobei jede Fraktion in vier jeweils gleich grosso Teilaengen unterteilt 1st, näalioh eine grobe Fraktion 3» oine aittlere Fraktion und eine feine Fraktion 5. Auf die feine Fraktion 5 folgt1 is a container 1 on a vibrator 2 arranged. In the container 1 particles from three fractions of different JCorngrösee are filled, each Fraction is divided into four equal parts each, followed by a coarse fraction 3 and a third fraction and a fine fraction 5. The fine fraction 5 follows

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jeweils wieder tine grobe Fraktion 3 usw. Die Oberfläche der obersten Partikelschicht ist durch den StSsstl 6 einer Presee belastet« ua bei« VibrationsVorgang eine Enteisenung au verhindern, wobei dieser ßtösael dauernd druokbtaufschlagt ist, auch wenn die Püllhöhe infolge der durch Vibration herbeigeführten Verdichtung der Partikel abnlaat. Man erkennt» dass die Partikel der einseinen Fraktionen nur geringe Wege zurückzulegen haben, ua in die Hohlräuae der nächst gröberen fraktion su gelangen und dl se aufzufüllen. Auf diese Weise 1st es BOgIlCh₁ nicht nur alt kugelfureigen sondern auch alt Bruchkanten aufweisenden Partikeln ein quasi-hoaogenes Gebilde herzustellen.again tine coarse fraction 3, etc. The surface of the uppermost particle layer is burdened by the StSsstl 6 of a presee ablaat. It can be seen that the particles of one of the fractions only have to cover short distances, including getting into the cavities of the next coarser fraction and filling them up. In this way, BOgIlCh _{1 is} able to produce a quasi-homogeneous structure not only with old spherical particles but also with old broken edges.

Geaiss flg. 2 1st der Behälter 1 ebenfalls auf eine· Vibrator 2 angeordnet und wird die oberste Partikelsohicht während der Vibration durch den Stussel 6 einer Presse belastet. Ia Unterschied zu der Binfüllweise der Partikel geaäss flg. 1 sind hier die Xeilaengen der Fraktionen 3 und vor dea Einfüllen aiteinander Teraischt, und auf diese aiteinander veraisohten feilaengen wird jeweils eine solche der fraktion 5 aufgefüllt, wobei wiederum alle Fraktionen in vier Teileengen unterteilt sind.Geaiss flg. 2 If the container 1 is also on a · Vibrator 2 is placed and becomes the top particle layer loaded during the vibration by the ram 6 of a press. Ia difference to the way in which the particles are filled According to flg. 1, the Xeilaengen of the fractions 3 and before filling in ait each other, and on this ait each other veraisohten feilaengen will be one of the fraction 5 filled up, with all fractions again in are divided into four parts.

Bei einer grösseren Ansah! Ton Fraktionen unterschiedlicher Eoragröese sind natürlich auch andere SSusaaaenfassungen einseiner Teileengen durch Torgängige Mischung denkbar. Ibensο ist es aöglich, das aufeinanderfolgende Einfüllen anders als nach der Reihenfolge abnehaender KomgrOsse durohsufuhren. With a bigger look! Sound factions of different Eoragröese are of course also other SSusaaa versions One of its parts constraints by a common mix is conceivable. It is also possible to fill them in one after the other differently than according to the order of decreasing grain size.

Allgeaein ist es bsi Jeden der Beispiele tür die Herstellung einte Oebildes ststirattr öeoaetrie suniehst notwendig, das lineelgewioht der groben, aittleren und feinen Fraktiomen su berechnen, wobei Irfahrungswerte den Anhalts-Allgeaein it is bsi each of Examples door manufacturing united Oebildes ststirattr öeoaetrie suniehst necessary, the lineelgewioht calculate the coarse and fine aittleren Fraktiomen su, wherein the Irfahrungswerte Anhalts-

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punkt für die zweefcaäneige Schichthöhe der Teilnenge einer fraktion bei einer beetinnten Kornbeaohaffenheit liefern* Aufgrund der so ermittelten Schichthöhe läest eich für eine beetiaate geforderte Geβantlänge dee Gebildes die Anzahl der Unterteilungen einer jeden fraktion beetinnen. Dieee Seilaengen werden dann abgewogen und eingefüllt, wae beispielsweise durch eine autooatieohe Kippwaage erfolgen kann« Es ist angestrebt, die Vibrationsze.Lt niedrig zu halten, was zu einer heetinaten Ansah! von Unterteilungen bei gegebener Behttltergröese führt.Provide the point for the two-way layer height of the partial amount of a fraction in the case of a bedded cornbea * On the basis of the layer height determined in this way, you can read the number of subdivisions of each fraction for a bediaate required length of the structure. Dieee Seilaengen are then weighed and transferred, wae for example, by a tipping bucket autooatieohe can, "It is desirable to keep the Vibrationsze.Lt low, resulting in a heetinaten Ansah! of subdivisions for a given container size.

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Claims

1J Process for the production of an ejuasi-homogeneous structure from a variety of clay separate particles of different KorngrtSsse using τοη vibration, which the particles are subjected within a container, characterized in that τοη separated according to grain size Practices τοη particles, which together are required for the structure claiming a certain container rolumen are, the henge of each faction starred after the gift of rabbits is, the next one in each case within the container lumen smaller particles are the voids between the larger particles fill, and that the quantities determined in this way of all Fractions can be divided into equal parts and by alternately filling amounts of rope into the container in a regularly distributed over the container volume Arrangement, whereupon the uppermost Partlkclschioht loaded by a compressive force to prevent segregation and subject the container to vibration in this way becomes that by shrinking the spaces between a quaaVhomogeneous structure is created for the particles.

2. The method according to claim 1, characterized in that parts of different practices in each case successively be filled into the container and the order is based on the number of subdivisions each faction repeated

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the subsets of the practicals in the Sequence of decreasing grain size.

4. The method according to claim 1, characterized in that that togetherness termlsehte parts tightness of different

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fraction · η alternately ait a Te. 11 «close to a world dream Fraction to be filled into the container and the order calibrate. according to the number of subdivisions of each fraction repeated·

5 · Method «aoli to claims 1 rock 4» thereby f ·· ktnneekautt because ·· ku ^ tlföreifen edtr Iru «hkaut« n gets up Partikl T «rw« nd «t vtrden.

6. Procedure naoh · 1η · Β od «r« thr «rtn the test 1 to 5, thereby (ekennxelohnet» da ·· dl · optieal Bohiohthuh · the part narrow la container near the forehand ·! * · «Grain« beechmffheit la Hineilok on kttrseete Tlbratlonedauer •• ■ tlaat is and old the Bohiohthöhe dl · for a required aeeut length of the CeBild required view! Of the subdivisions of the fraction is accomplished ·

7 · Application of · gate driving close to one or more of the tests 1 to 6 on the production of a nuclear fuel Ileaentes, daduroh recognized that ·· au · Muklearbrenestoff existing particles are filled into the container, and dieeer cur reduction of the Zwlsohenrtuae swiseheu the particles are subjected to a Vlbration «

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