RU165862U1

RU165862U1 - FURNACE FOR SINTERING AND SYNTHESIS OF NUCLEAR FUEL

Info

Publication number: RU165862U1
Application number: RU2016109741/07U
Authority: RU
Inventors: Николай Гаврилович Сергеев; Юрий Васильевич Чамовских; Аскольд Рафаилович Бекетов; Михаил Владимирович Баранов; Петр Владимирович Волобуев; Николай Николаевич Алексеенко; Константин Валерьевич Звонарев
Priority date: 2016-03-17
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2016-11-10

Abstract

1. Печь для спекания и синтеза ядерного топлива, включающая термоизолированный корпус с высокотемпературной зоной, нагревательные элементы, одну или несколько съемных, помещаемых в высокотемпературную зону кассет для обрабатываемого материала с системами подачи газа, отличающаяся тем, что кассеты установлены на различных по высоте полках высокотемпературной зоны термоизолированного корпуса, и подача реакционного газа осуществляется к каждой кассете с помощью патрубков, связанных с общим газораспределительным коллектором, расположенным внутри термоизолированного корпуса.2. Печь для спекания и синтеза ядерного топлива по п. 1, отличающаяся тем, что кассеты изготовлены в виде молибденовых лодочек.1. A furnace for sintering and synthesis of nuclear fuel, including a thermally insulated casing with a high-temperature zone, heating elements, one or more removable cassettes placed in the high-temperature zone for the processed material with gas supply systems, characterized in that the cassettes are mounted on different heights of high-temperature shelves zones of the thermally insulated body, and the supply of reaction gas is carried out to each cartridge using pipes connected to a common gas distribution manifold, located Cool nym inside korpusa.2. A furnace for sintering and synthesis of nuclear fuel according to claim 1, characterized in that the cassettes are made in the form of molybdenum boats.

Description

Полезная модель относится к атомной энергетике, и предназначена для производства спрессованного таблетированного нитридного ядерного топлива.The utility model relates to nuclear energy, and is intended for the production of compressed pelletized nitride nuclear fuel.

Известна печь вертикальная садочная печь по патенту JR 2008241076(А)-2008-10-09. В центре печи по вертикали установлены полки, на которые помещается термообрабатываемый материал. Газовый поток циркулирует через нагревательные элементы и шлюзы в вертикальных перегородках, которые разделяют печное пространство на две части. В первой части идет нагрев газа, а во второй - происходит передача газового потока термообрабатываемому материалу, находящемуся на вертикально расположенных полках. Движение газового потока регулируется скоростью вращения вентилятора в верхней части печи и регулирующими вентилями, перекрывающими сечение соединительных патрубок частей печного пространства.Known vertical furnace furnace according to patent JR 2008241076 (A) -2008-10-09. Shelves are installed vertically in the center of the furnace, on which heat-treating material is placed. The gas stream circulates through the heating elements and locks in the vertical partitions, which divide the furnace space into two parts. In the first part, the gas is heated, and in the second, the gas stream is transferred to the heat-treating material located on vertically arranged shelves. The movement of the gas stream is controlled by the fan speed in the upper part of the furnace and control valves that overlap the cross-section of the connecting pipe of the furnace space.

Недостатком настоящей конструкции печи является накопление газообразных продуктов термообработки материала в газовом потоке, что неизбежно сказывается на составе конечного керамического продукта и его свойствах, что недопустимо при спекании и синтезе ядерного топлива. Исключается также возможность принудительной фильтрации газового потока через слой керамического материала, что уменьшает скорость твердофазных взаимодействий и снижает производительность печи.The disadvantage of this furnace design is the accumulation of gaseous products of heat treatment of the material in the gas stream, which inevitably affects the composition of the final ceramic product and its properties, which is unacceptable during sintering and synthesis of nuclear fuel. The possibility of forced filtration of the gas stream through a layer of ceramic material is also excluded, which reduces the rate of solid-phase interactions and reduces the productivity of the furnace.

Известна конструкция вертикальной садочной печи согласно патента WO 200401391 (А2)-2004-02-12, предназначенная для изотермической термообработки полупроводниковых материалов. Печь имеет термоизолированный корпус, внутри которого помещаются вертикально расположенные полки, на которые устанавливаются полупроводниковые материалы для последующей термообработки. Изотермичность печи обеспечивается объемной циркуляцией газового потока, который предварительно нагревается, и подается в верхнюю часть печи через падающую трубку. Выход газового потока осуществляется через патрубок, установленный в нижней части печи.A known design of a vertical furnace according to patent WO 200401391 (A2) -2004-02-12, designed for isothermal heat treatment of semiconductor materials. The furnace has a thermally insulated body, inside of which vertically located shelves are placed on which semiconductor materials are installed for subsequent heat treatment. The isothermality of the furnace is ensured by the volumetric circulation of the gas stream, which is preheated, and is supplied to the upper part of the furnace through the falling tube. The gas stream exits through a pipe installed in the lower part of the furnace.

Недостатком данной конструкции печи, как и приведенной конструкции в предыдущем патенте, является циркуляция газового потока в объеме печи, что исключает принудительную фильтрацию газового потока через слой термообрабатываемого материала и накопление продуктов термолиза в газовом потоке. Отмеченные недостатки сказываются на составе и свойствах конечного керамического продукта, что недопустимо при получении ядерного топлива. Дополнительно уменьшается производительность печи.The disadvantage of this design of the furnace, as well as the design in the previous patent, is the circulation of the gas stream in the furnace volume, which eliminates the forced filtration of the gas stream through a layer of heat-treated material and the accumulation of thermolysis products in the gas stream. The noted shortcomings affect the composition and properties of the final ceramic product, which is unacceptable when obtaining nuclear fuel. Additionally, the productivity of the furnace is reduced.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является печь согласно патенту РФ №2439454, дата приоритета 15.01.2010, опубл. 10.01.2012, кл. МПК F27B 3/04, F27B 5/04, С04В 35/64.Closest to the technical nature of the claimed device is a furnace according to the patent of the Russian Federation No. 2439454, priority date 01/15/2010, publ. 01/10/2012, class IPC F27B 3/04, F27B 5/04, C04B 35/64.

Печь для термообработки содержит термоизолированный объем с высокотемпературной зоной, средства нагрева и поддержания и/или изменения температуры по заданной программе, одну или несколько съемных, помещаемых в высокотемпературную зону герметичных кассет для обрабатываемого материала или изделия и средства для независимой загрузки-выгрузки кассет. Кассеты могут быть соединены с разными внешними устройствами: источниками паров материала, системой откачки, системой подачи газа, измерительными приборами и т.д. Обеспечивается возможность термообработки в одной печи изделий, требующих разных или сдвинутых по времени программ обработки, исключая влияние окружающей среды, снижения энергозатрат на термообработку и потерь времени.The heat treatment furnace contains a thermally insulated volume with a high-temperature zone, means for heating and maintaining and / or changing the temperature according to a predetermined program, one or more removable cassettes placed in the high-temperature zone for the processed material or product, and means for independently loading and unloading the cassettes. Cassettes can be connected to various external devices: sources of material vapor, pumping system, gas supply system, measuring instruments, etc. It provides the possibility of heat treatment in one furnace of products that require different or time-shifted processing programs, excluding the influence of the environment, reducing energy consumption for heat treatment and time loss.

Недостатком данной печи является следующее. Материал для термообработки помещается в изолированную герметичную кассету, которая индивидуально помещается в термоизолированный печной объем, где для каждой кассеты организована система нагрева и регулировки температуры. Необходимость использования герметичных кассет для загрузки материала с индивидуальным подводом внешних коммуникаций для подачи инертного газа, систем нагрева и регулирования температуры усложняет конструкцию печи.The disadvantage of this furnace is the following. The material for heat treatment is placed in an insulated sealed cassette, which is individually placed in a thermally insulated furnace volume, where a heating and temperature control system is organized for each cassette. The need to use sealed cassettes for loading material with an individual supply of external communications for supplying inert gas, heating systems and temperature control complicates the design of the furnace.

Заявляемая полезная модель «Печь для спекания и синтеза ядерного топлива» состоит из термоизолированного корпуса с высокотемпературной зоной, нагревательных элементов, одной или несколько съемных, помещаемых в высокотемпературную зону кассет для обрабатываемого материала, с системами подачи газа, отличается от прототипа тем, что кассеты установлены на различных по высоте полках высокотемпературной зоны термоизолированного корпуса, и подача реакционного газа, осуществляется к каждой кассете с помощью патрубков, связанных с общим газораспределительным коллектором, расположенном внутри термоизолированного корпуса, а также тем, что обрабатываемый материал помещается в кассеты, изготовленные в виде молибденовых лодочекThe inventive utility model "Furnace for sintering and synthesis of nuclear fuel" consists of a thermally insulated body with a high temperature zone, heating elements, one or more removable placed in the high temperature zone of the cassettes for the processed material, with gas supply systems, differs from the prototype in that the cassettes are installed on different shelves of different heights of the high-temperature zone of the thermally insulated casing, and the supply of reaction gas is carried out to each cassette using pipes connected to a common gas distribution manifold located inside a thermally insulated housing, as well as the fact that the processed material is placed in cassettes made in the form of molybdenum boats

Технической задачей является интенсификация процесса спекания таблетированного ядерного топлива за счет интенсификации удаления продуктов термолиза из керамического ядерного топлива.The technical task is to intensify the sintering process of pelletized nuclear fuel by intensifying the removal of thermolysis products from ceramic nuclear fuel.

Для подтверждения указанного выше представляем описание конкретного конструктивного выполнения заявленного устройства и его работы.To confirm the above, we present a description of the specific structural implementation of the claimed device and its operation.

Полезная модель иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 показан поперечный разрез предлагаемой печи.The utility model is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a cross section of the proposed furnace.

Печь для спекания или синтеза состоит из герметичного термоизолированного водоохлаждаемого корпуса 1 с нагревательными элементами, установленных на разной высоте полок 2 для помещения молибденовых лодочек 3 с таблетками керамического ядерного топлива, газораспределительного коллектора 4 с подогревом, на котором закреплены патрубки 5 для подачи реакционного газа к каждой молибденовой лодочке. Патрубки подачи газа 6 и выхода газа 7.The sintering or synthesis furnace consists of a sealed thermally insulated water-cooled body 1 with heating elements installed at different heights of the shelves 2 for placing molybdenum boats 3 with ceramic nuclear fuel pellets, a gas distribution manifold 4 with heating, on which pipes 5 are attached for supplying reaction gas to each molybdenum boat. Pipes for gas supply 6 and gas outlet 7.

Заявляемая печь работает следующим образом. При поднятом термоизолированном водоохлаждаемом корпусе 1 печи загружаются молибденовые лодочки 3 с керамическим ядерным топливом на полки 2, установленные в центре печи. Каждая молибденовая лодочка 3 соединяется с соответствующими патрубками 5 для подачи газа таким образом, чтобы обеспечить фильтрацию газа через слой термообрабатываемого керамического материала. Печь герметизируется, вакуумируется и продувается газом. Производится нагрев печи до требуемой температуры при постоянной прокачке газа. После термообработки керамического ядерного топлива печь остывает при непрерывной прокачке газа. Когда температура в печи достигает комнатной, печь разгерметизируется, и готовый продукт извлекается.The inventive furnace operates as follows. With the raised thermally insulated water-cooled body 1 of the furnace, molybdenum boats 3 with ceramic nuclear fuel are loaded onto the shelves 2 installed in the center of the furnace. Each molybdenum boat 3 is connected to the corresponding nozzles 5 for supplying gas in such a way as to ensure gas filtration through a layer of heat-treating ceramic material. The furnace is sealed, evacuated and purged with gas. The furnace is heated to the required temperature with constant pumping of gas. After heat treatment of ceramic nuclear fuel, the furnace cools down with continuous pumping of gas. When the temperature in the furnace reaches room temperature, the furnace is depressurized, and the finished product is recovered.

В процессе спекания таблетированного ядерного топливного материала происходит удаление газообразных продуктов разложения стеарата цинка (связующего при прессовании таблеток ядерного топлива) и газообразных продуктов синтеза нитридного ядерного топлива, образующихся за счет взаимодействия с оксидами урана и плутония углерода азота. Происходит фильтрация через загрузку топлива, вследствие этого достигается интенсификация процесса спекания.In the process of sintering a tabletted nuclear fuel material, the gaseous decomposition products of zinc stearate (a binder during the compression of nuclear fuel pellets) and the gaseous products of the synthesis of nitride nuclear fuel, which are formed due to the interaction with nitrogen and plutonium oxides, are removed. Filtration occurs through the loading of fuel, as a result of which the sintering process is intensified.

При использовании заявляемого устройства в производстве возникают дополнительные технические преимущества:When using the inventive device in production, additional technical advantages arise:

- получение керамического ядерного топлива нужного состава и свойств;- obtaining ceramic nuclear fuel of the desired composition and properties;

- повышение производительности печи для спекания или синтеза керамического ядерного топлива.- increasing the productivity of the furnace for sintering or synthesis of ceramic nuclear fuel.

Claims

1. A furnace for sintering and synthesis of nuclear fuel, including a thermally insulated casing with a high-temperature zone, heating elements, one or more removable cassettes placed in the high-temperature zone for the processed material with gas supply systems, characterized in that the cassettes are mounted on different heights of high-temperature shelves zones of the thermally insulated body, and the supply of reaction gas is carried out to each cartridge using pipes connected to a common gas distribution manifold, located nym inside a thermally insulated housing.

2. A furnace for sintering and synthesis of nuclear fuel according to claim 1, characterized in that the cassettes are made in the form of molybdenum boats.