WO2004047120A1 - Automated method for producing spherical graphite fuel elements and absorber devices for high-temperature reactors (htr) - Google Patents

Automated method for producing spherical graphite fuel elements and absorber devices for high-temperature reactors (htr) Download PDF

Info

Publication number
WO2004047120A1
WO2004047120A1 PCT/EP2003/012491 EP0312491W WO2004047120A1 WO 2004047120 A1 WO2004047120 A1 WO 2004047120A1 EP 0312491 W EP0312491 W EP 0312491W WO 2004047120 A1 WO2004047120 A1 WO 2004047120A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
pressing
coated
graphite
particles
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/012491
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Milan Hrovat
Rainer Schulten
Ferdinand Kraut
Original Assignee
Ald Vacuum Technologies Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ald Vacuum Technologies Aktiengesellschaft filed Critical Ald Vacuum Technologies Aktiengesellschaft
Publication of WO2004047120A1 publication Critical patent/WO2004047120A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C21/00—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of reactors or parts thereof
    • G21C21/02—Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B5/00—Producing shaped articles from the material in moulds or on moulding surfaces, carried or formed by, in or on conveyors irrespective of the manner of shaping
    • B28B5/06—Producing shaped articles from the material in moulds or on moulding surfaces, carried or formed by, in or on conveyors irrespective of the manner of shaping in moulds on a turntable
    • B28B5/08—Producing shaped articles from the material in moulds or on moulding surfaces, carried or formed by, in or on conveyors irrespective of the manner of shaping in moulds on a turntable intermittently rotated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/02—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space
    • B30B11/08—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space co-operating with moulds carried by a turntable
    • B30B11/10—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space co-operating with moulds carried by a turntable intermittently rotated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/34—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses for coating articles, e.g. tablets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/02—Dies; Inserts therefor; Mounting thereof; Moulds
    • B30B15/022—Moulds for compacting material in powder, granular of pasta form
    • B30B15/024—Moulds for compacting material in powder, granular of pasta form using elastic mould parts
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C21/00—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of reactors or parts thereof
    • G21C21/02—Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings
    • G21C21/12—Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings by hydrostatic or thermo-pneumatic canning in general by pressing without lengthening, e.g. explosive coating
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/28—Fuel elements with fissile or breeder material in solid form within a non-active casing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to a production process for the production of spherical graphite fuel and absorber elements for high-temperature nuclear reactors (HTR), in which the dwell time of all production steps (cycle frequency or cycle times) is synchronized with one another and the processes run automatically.
  • HTR high-temperature nuclear reactors
  • the main production steps in this production are: - Production of a premix by means of a portion divider for fuel particles, consisting of two cell stores, one of which is in the division position and the other in the allocation position, and a storage container for graphite press powder with a dosing scale, and a special premixer, - Prepressing the ball core by means of a first synchronously operating indexing turntable with 8 stations,
  • the manufacturing frequency per fuel ball is between 10 and 30 seconds.
  • the system can operate up to 2500 in eight-hour operation
  • the fuel element of the high-temperature pebble-bed reactors is a ball made of special graphite with a diameter of 60 mm and consists of a fuel-containing core of 50 mm diameter, which is enclosed by a 5 mm thick, fuel-free shell.
  • the core of the fuel element ball is seamlessly connected to the shell and forms a unit with it.
  • Special graphite is referred to in the technical literature as the "graphite matrix" and is mainly based on natural graphite.
  • the graphite matrix with the designation A 3 is preferably used for the production of pressed HTR fuel elements. This consists of 67.5% by weight of finely crystalline, nuclear-pure natural graphite, 22.5% by weight of graphitized petroleum coke and 10% by weight of binder coke.
  • the fuel is embedded in the form of coated particles inside the spherical core in the graphite matrix and is homogeneously distributed in it.
  • the coated particles are approximately 0.5 mm large spheres (fuel cores), preferably made of uranium oxide, and are coated several times with pyrocarbon and silicon carbide to retain the fission products formed during reactor operation.
  • fuel cores fuel cores
  • uranium isotope 235 enriched to about 10% and uranium 238 as breeding material.
  • the cylindrical rubber mold is composed of several parts and has an ellipsoidal cavity in its center to accommodate the powdered fuel mixture, which is dimensioned such that a ball is formed at a pressure above 5 MPa.
  • the rubber mold is inserted into a steel die of the press and pressed together with the upper and lower punches.
  • a mixture of graphite pressed powder and coated particles is first pressed to the ball core, then the pre-pressed ball core is encased in a second rubber mold with graphite pressed powder and pressed to final density in vacuo.
  • the balls are heated to 800 ° C in an inert gas atmosphere and finally annealed in a vacuum at approx. 1900 ° C.
  • the object is achieved in that all the necessary production steps are carried out in such a way that they can be carried out on a system with synchronously working units, and the production consists of the following, synchronously working process steps:
  • Fig.1 shows the overall layout of the system in plan
  • Fig.2 shows the time sequence for pre-pressing the ball core
  • Fig.3 shows the chronological sequence for re-pressing the fuel balls.
  • the starting materials are coated fuel particles, which are previously coated with an approximately 0.2 mm thick layer of graphite pressed powder (DE 1909871).
  • absorber particles are used instead of fuel particles.
  • the coated coated particles are provided as a multiple of the amount required per sphere and divided into individual portions in a rotating cell storage device. Each of the 50 cells can be emptied individually using a bottom flap.
  • the portion divider consists of two cell memories (1 and 2), one of which is in the division position (1), the other is in the allocation position (2) (see Fig. 1, top left).
  • the portion division process is carried out because it supplies a defined number of homogeneous fuel particles and results in a high total inaccuracy.
  • the graphite press powder for the fuel-containing core is added by weight using a dosing scale (7). Coated coated particles and graphite pressed powder fall together in a rotating premixer (8), which is emptied when the direction of rotation is reversed via built-in blades (see Fig. 2, top left).
  • the particle-containing fuel core is produced on a rotary switch plate (5) with 8 positions (9 to 16).
  • position 9 the rubber mold is put together for filling.
  • the material to be pressed falls from the premixer (8) into the rubber mold in position 10.
  • the rubber mold consists of a lower part (17) and an upper part (18) and is surrounded by a steel mold (19).
  • the steel molds are partially rotatable on the indexing turntable. In positions 11 to 13 the mold rotates slowly, at the same time a whisk (20) rotating in the opposite direction dips into the mold and creates a homogeneous distribution of the fuel particles in the molding powder.
  • the rotating whisk dips in and out and is folded out in position 13.
  • the rubber mold is closed by the rubber cover (21) attached to the hydraulically operated upper ram of the press and the material to be pressed is pressed to a manageable fuel core at a pressure between 3 and 10 MPa.
  • the determining variable for determining the pressing pressure is the volume loading of the coated fuel particles in the spherical core.
  • the lower stamp of the steel mold sits on a ring spring (22).
  • the Lifting height is dimensioned so that when pressed together this corresponds to the lifting height of the upper punch.
  • the frame of the press (see Fig. 1) is U-shaped and encompasses the indexing turntable with the dies.
  • the upper part of the rubber mold is removed with a suction air lifter and swiveled into position 9 to refill the mold.
  • a polyp gripper (24) grips the pre-pressed ball core and lifts it. After the upper part has been swung back into position 9 and placed on it, the rubber mold for refilling runs in position 10.
  • the high-pressure press with a pressing force of approximately 250 tons consists of an upper and a lower punch as well as a steel die with an inner diameter of 10 cm, the two punches being hydraulically driven.
  • Ball domes made of silicone rubber are on the end face of the stamp attached with a detachable button connection.
  • the rubber caps are dimensioned so that with an outer diameter of 10 cm and an adapted ball cavity, the re-pressed fuel balls of approx. 7 cm are pressed to the final density.
  • the automated pressing of the fuel or absorber element balls takes place in two successive stages, namely a first phase of pre-pressing and post-pressing, followed by a third phase of pre-pressing.
  • the rubber molds are less stressed and hardly show any wear. Injected air can escape after pressing, since the pre-compressed fuel or absorber element ball is still gas-permeable. Evacuation in the high-pressure press is the timing step. It can be done much faster because there is no longer any fear that loose powder will be carried away. At best, the evacuation can even be completely eliminated.
  • the high pressure die is of simpler construction. It consists of two identical spherical caps, which are attached to the stamps with detachable button connections. The service life of the molds is also longer because powder no longer gets into the joints where it causes wear.
  • the pre-compressed fuel or absorber element balls are pressed between two rubber caps with an outer diameter of only 10 cm. As a result, less pressing force is required which simplifies the construction of the high pressure press.
  • the dwell time (cycle time or cycle frequency) of all processes is synchronously coordinated and is between 10 and 30 seconds. This has the advantage that up to 2500 fuel element balls can be produced in an 8-hour production operation. Only 1 man is required to monitor and operate the system according to the invention.
  • the fuel ofl a'Hgen ball cores are pre-pressed on the first indexing turn Hermü ' 8 positions (see Fig. 2), the rubber molds of the indexing turntable having a diameter of 13 cm and a total height of 17 cm. With a volume of the centrally arranged, ellipsoidal cavity of 193 cm 3 , the axial ratio of the EHipsoid is 1: 1, 17.
  • the pre-pressing takes place at a pressure of 5 MPa, whereby the material to be pressed can be handled by spherical cores 5.9 cm diameter with a density of 1.2 g / cm 3 is pre-compressed.
  • the pre-pressed ball cores are gripped by a polyp gripper and transferred to the second, synchronously operating indexing turntable (also with 8 positions) (see Fig. 3).
  • the external dimensions of the rubber molds of the second indexing turntable match the dimensions of the rubber molds of the first indexing turntable.
  • the volume of the cavity is 350 cm 3 .
  • the final pressing takes place in a vacuum at P ⁇ 100 mbar, a pressing pressure of 300 MPa and a pressing frequency (cycle time) of 20 seconds.
  • This process gives fuel balls with a density of 1.86 g / cm 3 and a diameter of 6.1 cm.
  • Coking of the binder contained in the molding powder compacts in the nitrogen atmosphere within 18 hours to 800 ° C and finally heated in vacuum (P ⁇ 10 "2 mbar) annealed at 1900 ° C.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)

Abstract

Disclosed is a method for producing spherical fuel elements and absorber devices for high-temperature reactors by compacting a mixture which consists of enveloped coated fuel particles and/or absorber particles and binder-containing graphite-molding powder in a rubber mold that is provided with an ellipsoidal cavity for receiving material that is to be compacted. The compacting process takes place in three steps during which the degree of compacting increases in a staggered manner. The inventive method is characterized by the fact that the cycle time of all production steps is synchronized, the processes are automatic, and the production is done in the following synchronous steps: - separation in a portioning device so as to dose the enveloped coated fuel particles, said portioning device comprising two cell reservoirs, one of which is in the separating position while the other one is the portioning position; - material flows from a storage container for graphite-molding powder by means of a dosing balance; - premixing; - the core of the ball is pre-compacted in a first synchronously operating rotary indexing plate comprising several stations; - the fuel element balls are compacted once again in a second synchronously operating rotary indexing table comprising several stations; and the fuel element balls are fully compacted in a high-pressure press.

Description

AUTOMATISIERTES PRODUKTIONSVERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON KUGELFÖRMIGEN GRAPHIT-BRENN- UND ABSORBERELEMΞNTEN FÜR HOCHTEMPERATUR- KERNREAKTOR (HTR)AUTOMATED PRODUCTION PROCESS FOR THE PRODUCTION OF SPHERICAL GRAPHITE BURNING AND ABSORBER ELEMENTS FOR HIGH TEMPERATURE CORE REACTOR (HTR)
Die Erfindung betrifft ein Produktionsverfahren zur Herstellung von kugelförmigen Graphit - Brenn- und Absorberelementen für Hochtemperatur - Kernreaktoren (HTR), bei dem die Verweilzeit aller Fertigungsschritte (Taktfrequenz bzw. Taktzeiten) synchron aufeinander abgestimmt ist und die Vorgänge selbsttätig ablaufen.The invention relates to a production process for the production of spherical graphite fuel and absorber elements for high-temperature nuclear reactors (HTR), in which the dwell time of all production steps (cycle frequency or cycle times) is synchronized with one another and the processes run automatically.
Wesentliche Fertigungsschritte dieser Produktion sind : - Herstellung einer Vormischung mittels einem Portionenteiler für Brennstoffteilchen, bestehend aus zwei Zellenspeichern, von denen jeweils einer in der Aufteilungsposition und der andere in der Zuteilungsposition steht, und einem Vorratsbehalter für Graphitpreßpulver mit einer Dosierwaage, sowie einem speziellen Vormischer, - Vorpressen des Kugelkerns mittels eines ersten synchron arbeitenden Schaltdrehtellers mit 8 Stationen,The main production steps in this production are: - Production of a premix by means of a portion divider for fuel particles, consisting of two cell stores, one of which is in the division position and the other in the allocation position, and a storage container for graphite press powder with a dosing scale, and a special premixer, - Prepressing the ball core by means of a first synchronously operating indexing turntable with 8 stations,
- Nachpressen der Brennelemente-Kugeln mittels eines zweiten synchron arbeitenden Schaltdrehtellers mit 8 Stationen, und- Repressing the fuel balls by means of a second synchronously operating rotary turntable with 8 stations, and
- Fertigpressen der Brennelemente-Kugeln. mittels einer Hochdruckpresse.- Final pressing of the fuel balls. using a high pressure press.
Die Fertigungsfrequenz pro Brennelemente-Kugel liegt zwischen 10 und 30 Sekunden.The manufacturing frequency per fuel ball is between 10 and 30 seconds.
Mit der Anlage lassen sich im Achtstundenbetrieb bis zu 2500The system can operate up to 2500 in eight-hour operation
Brenn- oder Absorberelement- Kugeln herstellen. ZurProduce fuel or absorber balls. to
Überwachung und Bedienung der Anlage ist nur 1 Mann erforderlich.Only 1 person is required to monitor and operate the system.
Das Brennelement der Hochtemperatur-Kugelhaufen- Reaktoren ist eine durch Pressen hergestellte Kugel aus Sondergraphit von 60 mm Durchmesser und besteht aus einem brennstoffhaltigen Kern von 50 mm Durchmesser, der von einer 5 mm dicken brennstofffreien Schale umschlossen ist. Der Kern der Brennelemente-Kugel ist mit der Schale übergangslos verbunden und bildet mit dieser eine Einheit. Der Sondergraphit wird in der Fachliteratur als "Graphit-Matrix" bezeichnet und ist hauptsächlich auf Naturgraphitbasis aufgebaut. Zur Herstellung von gepreßten HTR-Brennelementen wird vorzugsweise die Graphit-Matrix mit der Bezeichnung A 3 eingesetzt. Diese besteht zu 67,5 Gew. % aus feinkristallinem, nuklearreinen Naturgraphit, 22,5 Gew. % graphitiertem Petrolkoks und 10 Gew. % Binderkoks.The fuel element of the high-temperature pebble-bed reactors is a ball made of special graphite with a diameter of 60 mm and consists of a fuel-containing core of 50 mm diameter, which is enclosed by a 5 mm thick, fuel-free shell. The core of the fuel element ball is seamlessly connected to the shell and forms a unit with it. Special graphite is referred to in the technical literature as the "graphite matrix" and is mainly based on natural graphite. The graphite matrix with the designation A 3 is preferably used for the production of pressed HTR fuel elements. This consists of 67.5% by weight of finely crystalline, nuclear-pure natural graphite, 22.5% by weight of graphitized petroleum coke and 10% by weight of binder coke.
Die Optimierung des Herstellungsverfahrens und die Zusammensetzung der Matrix sind beschrieben in: (D1)The optimization of the manufacturing process and the composition of the matrix are described in: (D1)
Hrovat, M., Nickel, H. und Koizlik, K.:Hrovat, M., Nickel, H. and Koizlik, K .:
Über die Entwicklung eines Matrixmaterials zur Herstellung gepreßter Brennelemente für Hochtemperaturreaktoren, KFA- Bericht, Jül.-969-RW, Juni 1973.On the development of a matrix material for the production of pressed fuel elements for high-temperature reactors, KFA report, Jül.-969-RW, June 1973.
Der Brennstoff ist in Form von beschichteten Teilchen (coated particles) im Inneren des Kugelkerns in die Graphit-Matrix eingebettet und darin homogen verteilt. Die beschichteten Teilchen sind etwa 0,5 mm große Kügelchen (Brennstoffkerne), vorzugsweise aus Uranoxid, und sind zur Rückhaltung der während des Reaktorbetriebes entstehenden Spaltprodukte mit Pyrokohlenstoff und Siliziumcarbid mehrfach beschichtet. Als Brennstoff kann u. a. das zu etwa 10 % angereicherte Uran Isotop 235 und als Brutstoff Uran 238 dienen.The fuel is embedded in the form of coated particles inside the spherical core in the graphite matrix and is homogeneously distributed in it. The coated particles are approximately 0.5 mm large spheres (fuel cores), preferably made of uranium oxide, and are coated several times with pyrocarbon and silicon carbide to retain the fission products formed during reactor operation. As fuel u. a. the uranium isotope 235 enriched to about 10% and uranium 238 as breeding material.
Das Herstellungsverfahren und das Bestrahlungsverhalten sind u. a. beschrieben in:The manufacturing process and the radiation behavior are u. a. described in:
(D2)(D2)
Aumüller, L, Baithesen, E., Ehlers, K., Hackstein, K.G., Hrovat,Aumüller, L, Baithesen, E., Ehlers, K., Hackstein, K.G., Hrovat,
M., Liebmann, B., Röllig, K.:M., Liebmann, B., Röllig, K .:
Fuel Elements for High Temperature Reactors - ProductionFuel Elements for High Temperature Reactors - Production
Experience and Irradiation Testing in the Federal Republic ofExperience and Irradiation Testing in the Federal Republic of
Germany,Germany,
4. Genfer Konferenz Paper A/CONF. 49/A/385 May, 19714th Geneva Conference Paper A / CONF. 49 / A / 385 May, 1971
(D3)(D3)
Voice, E.:Voice, E .:
Silicon Carbides as a Fission Product Barrier in Nuclear Fuels,Silicon Carbides as a Fission Product Barrier in Nuclear Fuels,
Mat. Res. Bull. , 4,331, 1976Mat. Res. Bull., 4,331, 1976
(D4)(D4)
KFA-Bericht, Nickel, H.:KFA report, Nickel, H .:
Entwicklung von beschichteten Brennstoffteilchen,Development of coated fuel particles,
Jül.-969-RW, Jun. 1973. Zur Herstellung von kugelförmigen Brennelementen hat sich das Pressen in einer Gummiform, vorzugsweise aus Silikonkautschuk, als besonders vorteilhaft erwiesen. Die zylindrische Gummiform setzt sich aus mehreren Teilen zusammen und weist zur Aufnahme des Preßpulver- Brennstoffgemisches in ihrem Zentrum eine ellipsoidförmige Höhlung auf, die so bemessen ist, daß bereits bei einem Preßdruck oberhalb von 5 MPa eine Kugel entsteht. Die Gummiform wird in ein Stahlgesenk der Presse eingesetzt und mit Ober- und Unterstempel zusammengepreßt. Zur Herstellung einer Brennelemente-Kugel wird zunächst ein Gemisch von Graphitpreßpulver und beschichteten Teilchen zum Kugelkern vorgepreßt, dann der vorgepreßte Kugelkern in einer zweiten Gummiform mit Graphitpreßpulver umhüllt und im Vakuum auf Enddichte fertig gepreßt. Zum Verkoken des im Preßpulver enthaltenen Binders werden die Kugeln in Inertgasatmosphäre auf 800 °C erhitzt und abschließend im Vakuum bei ca. 1900 °C geglüht.Jül.-969-RW, Jun. 1973. For the production of spherical fuel assemblies, pressing in a rubber mold, preferably made of silicone rubber, has proven to be particularly advantageous. The cylindrical rubber mold is composed of several parts and has an ellipsoidal cavity in its center to accommodate the powdered fuel mixture, which is dimensioned such that a ball is formed at a pressure above 5 MPa. The rubber mold is inserted into a steel die of the press and pressed together with the upper and lower punches. To produce a fuel element ball, a mixture of graphite pressed powder and coated particles is first pressed to the ball core, then the pre-pressed ball core is encased in a second rubber mold with graphite pressed powder and pressed to final density in vacuo. To coke the binder contained in the pressed powder, the balls are heated to 800 ° C in an inert gas atmosphere and finally annealed in a vacuum at approx. 1900 ° C.
Das Verfahren ist beschrieben in:The procedure is described in:
(D5)(D5)
Hrovat, M. und Spener, G.:Hrovat, M. and Spener, G .:
Gepreßte Graphitbrennelemente für Hochtemperaturreaktoren,Pressed graphite fuel elements for high temperature reactors,
Ber. Dtsch. Keram. Ges., Vol. 43, 1966, Heft 3, S. 220 - 233,Ber. Dtsch. Keram. Ges., Vol. 43, 1966, Issue 3, pp. 220-233,
(D6)(D6)
Hrovat, M., Huschka, H., Mehner, A.-W., Warzawa, W.: Spherical Fuel Elements for Small and Medium Sized HTR, Nuclear Engineering and Design 109 (1988), S. 253 - 256Hrovat, M., Huschka, H., Mehner, A.-W., Warzawa, W .: Spherical Fuel Elements for Small and Medium Sized HTR, Nuclear Engineering and Design 109 (1988), pp. 253 - 256
DE 1646783 DE 1909871.DE 1646783 DE 1909871.
Um die Taktzeit bzw. die Preßfrequenz pro Kugel beim Fertigpressen anzuheben und den Verschleiß der Gummiformen zu verringern, ist außerdem ein Verfahren mit stufenweise angehobener Verdichtung (Drei-Takt- Pressverfahren) bekannt. Das Verfahren ist in der Patentschrift DE 19837989 C2 beschrieben.In order to increase the cycle time or the pressing frequency per ball during the final pressing and to reduce the wear on the rubber molds, a process with gradually increased compression (three-cycle Pressing process). The method is described in the patent specification DE 19837989 C2.
Im Unterschied zu den nachstehend beschriebenen Verfahren, müssen bei allen vorbekannten Verfahren die einzelnen Fertigungsschritte, nämlich:In contrast to the processes described below, the individual manufacturing steps, namely:
- Dosieren- dosing
- Füllen der Gummiformen zur Kugelkernherstellung- Filling the rubber molds for spherical core production
- Bedienen der Vorpresse- Operating the pre-press
- Umhüllen des Kerns mit Graphitpreßpulver zum Aufpressen der brennstofffreien Schale- Coating the core with graphite press powder to press on the fuel-free shell
- Fertigpressen- finished presses
- Rückführung und- repatriation and
- Zusammensetzung der Gummiformen- Composition of the rubber molds
per Hand und somit mit erheblichem Personalaufwand durchgeführt werden. Folglich sind diese älteren Verfahren äußerst arbeitsintensiv und mit relativ hohen Herstellungskosten verbunden. Außerdem wirkt sich eine Reihe von erforderlichen Handgriffen sehr ungünstig auf die Gleichmäßigkeit der Brennelemente-Kugel-Qualität aus.be carried out by hand and thus with considerable personnel expenditure. As a result, these older processes are extremely labor intensive and involve relatively high manufacturing costs. In addition, a number of necessary steps have a very unfavorable effect on the uniformity of the fuel ball quality.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem die einzelnen Fertigungsschritte in einer selbsttätigen Arbeitsfolge ablaufen. Dadurch wird eine verbesserte Gleichmäßigkeit der Produktqualität erzielt, der Zeitaufwand bei der Herstellung der Brenn- oder Absorberelement- Kugeln deutlich verringert, verbunden mit einer erheblichen Senkung der Personalkosten.It is therefore the object of the invention to develop a method in which the individual production steps take place in an automatic work sequence. This results in an improved uniformity of the product quality, the time expenditure in the manufacture of the fuel or absorber element balls is significantly reduced, combined with a considerable reduction in personnel costs.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß alle erforderlichen Produktionsschritte so ausgeführt werden, dass sie auf einer Anlage mit synchron arbeitenden Baueinheiten durchgeführt werden können, und die Produktion aus folgenden, synchron arbeitenden Verfahrensschritten besteht:The object is achieved in that all the necessary production steps are carried out in such a way that they can be carried out on a system with synchronously working units, and the production consists of the following, synchronously working process steps:
Aufteilung in einem Portionenteiler für die Dosierung der umhüllten beschichteten Brennstoffteilchen, bestehend aus zwei Zellenspeichern (1 und 2), von denen jeweils einer in der Aufteilungsposition und der andere in der Zuteilungsposition steht,Division into a portion divider for dosing the coated coated fuel particles, consisting of two cell stores (1 and 2), one of which is in the division position and the other in the allocation position,
Materialfluß aus einem Vorratsbehalter (3) für Graphitpreßpulver mit einer Dosierwaage (7),Material flow from a storage container (3) for graphite press powder with a dosing scale (7),
Vormischen (8),Premixing (8),
Vorpressen des Kugelkerns in einem ersten synchron arbeitenden Schaltdrehteller (5) mit mehreren Stationen,Prepressing the ball core in a first synchronously operating indexing turntable (5) with several stations,
Nachpressen der Brennelemente-Kugeln in einem zweiten synchron arbeitenden Schaltdrehteller (6) mit mehreren Stationen undRepressing the fuel balls in a second synchronous rotary turntable (6) with several stations and
Fertigpressen der Brennelemente-Kugeln in einer Hochdruckpresse (34).Final pressing of the fuel element balls in a high pressure press (34).
Abb.1 zeigt die gesamte Anordnung der Anlage im GrundrißFig.1 shows the overall layout of the system in plan
Abb.2 zeigt die zeitliche Folge zum Vorpressen des KugelkernsFig.2 shows the time sequence for pre-pressing the ball core
Abb.3 zeigt die zeitliche Folge zum Nachpressen der Brennelemente-Kugeln.Fig.3 shows the chronological sequence for re-pressing the fuel balls.
Ausgangsstoffe sind beschichtete Brennstoffteilchen, die zuvor mit einer etwa 0,2 mm dicken Schicht aus Graphitpreßpulver umhüllt werden (DE 1909871). Zur Herstellung von Absorberelementen werden anstelle von Brennstoffteilchen Absorberteilchen eingesetzt.The starting materials are coated fuel particles, which are previously coated with an approximately 0.2 mm thick layer of graphite pressed powder (DE 1909871). For the production of absorber elements, absorber particles are used instead of fuel particles.
Die umhüllten beschichteten Teilchen werden als Vielfaches der pro Kugel benötigten Menge bereitgestellt und in einem rotierenden Zellenspeicher in Einzelportionen aufgeteilt. Jede der 50 Zellen kann durch eine Bodenklappe einzeln entleert werden. Der Portionenteiler besteht aus zwei Zellenspeichern (1 und 2), von denen jeweils einer in der Aufteilungsposition (1), der andere in der Zuteilungsposition (2) steht (siehe Abb. 1 , links oben). Das Portionen-Teilungsverfahren wird deshalb vorgenommen, weil es eine definierte Anzahl homogener Brennstoffteilchen liefert und eine hohe Summengenauigkeit ergibt. Das Graphitpreßpulver für den brennstoffhaltigen Kern wird mit einer Dosierwaage (7) nach Gewicht zugegeben. Umhüllte beschichtete Teilchen und Graphitpreßpulver fallen zusammen in einen rotierenden Vormischer (8), der bei Umkehr der Drehrichtung über eingebaute Schaufeln entleert wird (siehe Abb. 2, links oben).The coated coated particles are provided as a multiple of the amount required per sphere and divided into individual portions in a rotating cell storage device. Each of the 50 cells can be emptied individually using a bottom flap. The portion divider consists of two cell memories (1 and 2), one of which is in the division position (1), the other is in the allocation position (2) (see Fig. 1, top left). The portion division process is carried out because it supplies a defined number of homogeneous fuel particles and results in a high total inaccuracy. The graphite press powder for the fuel-containing core is added by weight using a dosing scale (7). Coated coated particles and graphite pressed powder fall together in a rotating premixer (8), which is emptied when the direction of rotation is reversed via built-in blades (see Fig. 2, top left).
Die Herstellung des partikelhaltigen Brennelementkerns erfolgt auf einem Schaltdrehteller (5) mit 8 Positionen (9 bis 16). In der Position 9 wird die Gummiform zum Füllen zusammengesetzt. Vom Vormischer (8) fällt das Pressgut in die Gummiform in Position 10. Die Gummiform besteht aus einem Unterteil (17) und Oberteil (18) und ist von einer Stahlform (19) umgeben. Die Stahlformen sind auf dem Schaltdrehteller zum Teil drehbar angebracht. In Positionen 11 bis 13 rotiert die Form langsam, dabei taucht gleichzeitig ein in die entgegengesetzte Richtung rotierender Quirl (20) in die Form ein und erzeugt eine homogene Verteilung der Brennstoffteilchen im Preßpulver.The particle-containing fuel core is produced on a rotary switch plate (5) with 8 positions (9 to 16). In position 9 the rubber mold is put together for filling. The material to be pressed falls from the premixer (8) into the rubber mold in position 10. The rubber mold consists of a lower part (17) and an upper part (18) and is surrounded by a steel mold (19). The steel molds are partially rotatable on the indexing turntable. In positions 11 to 13 the mold rotates slowly, at the same time a whisk (20) rotating in the opposite direction dips into the mold and creates a homogeneous distribution of the fuel particles in the molding powder.
In Positionen 11 , 12 und 13 taucht der rotierende Quirl ein beziehungsweise auf und wird in Position 13 heraus geklappt. In Position 14 wird die Gummiform durch den an dem hydraulisch betätigten Oberstempel der Presse befestigten Gummideckel (21) geschlossen und das Preßgut bei einem Preßdruck zwischen 3 und 10 MPa zu einem hantierfähigen Brennstoffkern vorgepreßt. Die bestimmende Größe zur Festlegung des Pressdruckes ist die Volumenbeladung der beschichteten Brennstoffteilchen im Kugelkern. Der Unterstempel der Stahlform sitzt auf einer Ringfeder (22). Die Hubhöhe ist so bemessen, daß beim Zusammenpressen diese mit der Hubhöhe des Oberstempels übereinstimmt. Der Rahmen der Presse (siehe Abb. 1) ist U-förmig ausgebildet und umgreift den Schaltdrehteller mit den Matrizen. Nach dem Vorpressen wird das Formoberteil der Gummiform mit einem Saugluft-Heber abgenommen und in Position 9 zur Neufüllung der Form geschwenkt. Ein Polyp-Greifer (24) faßt den vorgepressten Kugelkern und hebt ihn an. Nachdem das Oberteil wieder in Position 9 zurück geschwenkt und aufgelegt ist, läuft die Gummiform zur Neufüllung in Position 10.In positions 11, 12 and 13 the rotating whisk dips in and out and is folded out in position 13. In position 14 the rubber mold is closed by the rubber cover (21) attached to the hydraulically operated upper ram of the press and the material to be pressed is pressed to a manageable fuel core at a pressure between 3 and 10 MPa. The determining variable for determining the pressing pressure is the volume loading of the coated fuel particles in the spherical core. The lower stamp of the steel mold sits on a ring spring (22). The Lifting height is dimensioned so that when pressed together this corresponds to the lifting height of the upper punch. The frame of the press (see Fig. 1) is U-shaped and encompasses the indexing turntable with the dies. After the pre-pressing, the upper part of the rubber mold is removed with a suction air lifter and swiveled into position 9 to refill the mold. A polyp gripper (24) grips the pre-pressed ball core and lifts it. After the upper part has been swung back into position 9 and placed on it, the rubber mold for refilling runs in position 10.
In den beiden ersten Positionen 25 und 26 eines zweiten synchron arbeitenden Schaltdrehtellers (6) mit ebenfalls 8 Positionen (25 bis 32) wurde inzwischen die untere Hälfte der brennstofffreien Schale eingeformt (siehe Abb. 3, Pos. 25 und 26). Der Polyp-Greifer schwenkt vom anderen Schaltdrehteller herüber und setzt den angehobenen Kugelkern ein (27). In Position 28 wird das Form-Oberteil mit einem Saugluft-Heber aufgelegt. Das Preßpulver für die obere Schalenhälfte wird in Position 29 unter Rotation eingefüllt. Die Presse in Position 30 trägt ebenfalls den Deckel zum Schließen der Form am Oberstempel. Der Preßdruck liegt im Bereich zwischen 10 und 30 MPa. In Position 31 hebt ein Saugluft-Heber das Form- Oberteil ab (er schwenkt es zurück zur Position 28 und legt es dort wieder auf). In Position 32 wird die vorgepreßte Kugel mit einem Saugluft-Greifer (33) entnommen und über eine geeignete Fördereinrichtung zur Hochdruckpresse (34) gebracht.In the first two positions 25 and 26 of a second synchronous rotary turntable (6) with 8 positions (25 to 32), the lower half of the fuel-free shell has now been molded (see Fig. 3, items 25 and 26). The Polyp gripper swivels over from the other indexing turntable and inserts the raised ball core (27). In position 28 the upper part of the mold is placed on with a suction air lifter. The molding powder for the upper half of the shell is filled in position 29 with rotation. The press in position 30 also carries the lid for closing the mold on the upper punch. The pressure is between 10 and 30 MPa. In position 31, a suction air lifter lifts the upper part of the mold (he swings it back to position 28 and puts it back on there). In position 32 the pre-pressed ball is removed with a suction air gripper (33) and brought to the high-pressure press (34) via a suitable conveyor.
Die Hochdruckpresse mit einer Preßkraft von etwa 250 Tonnen besteht aus einem oberen und einem unteren Stempel sowie einer Stahlmatrize mit 10 cm Innendurchmesser, wobei die beiden Stempel hydraulisch angetrieben werden. An der Stirnfläche der Stempel sind Kugelkalotten aus Silikongummi mit einer lösbaren Knöpfverbindung befestigt. Die Gummikalotten sind so bemessen, daß bei einem Außendurchmesser von 10 cm und einer angepaßten Kugel- Höhlung die nachgepreßten Brennelemente-Kugeln von ca. 7 cm auf die Enddichte fertig gepreßt werden.The high-pressure press with a pressing force of approximately 250 tons consists of an upper and a lower punch as well as a steel die with an inner diameter of 10 cm, the two punches being hydraulically driven. Ball domes made of silicone rubber are on the end face of the stamp attached with a detachable button connection. The rubber caps are dimensioned so that with an outer diameter of 10 cm and an adapted ball cavity, the re-pressed fuel balls of approx. 7 cm are pressed to the final density.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren erfolgt das automatisierte Pressen der Brenn- oder Absorberelement- Kugeln in zwei aufeinander folgenden Stufen, nämlich einer ersten Phase des Vor- und Nachpressens, der sich eine dritte Phase des Fertigpressens anschließt.In contrast to the previously known methods, the automated pressing of the fuel or absorber element balls takes place in two successive stages, namely a first phase of pre-pressing and post-pressing, followed by a third phase of pre-pressing.
Hierdurch ergeben sich folgende Vorteile:This has the following advantages:
Kleine Pressen mit einer Preßkraft von nur ca. 7 Tonnen in der ersten Stufe und ca.20 Tonnen in der zweiten Stufe lassen sich mit den Schaltdrehtellern einfach und sicher automatisieren. Die Gummiformen werden weniger beansprucht und zeigen kaum noch Verschleiß. Eingepreßte Luft kann nach dem Pressen wieder entweichen, da die vorverdichtete Brenn- oder Absorberelement- Kugel noch gasdurchlässig ist. Das Evakuieren in der Hochdruckpresse ist der taktbestimmende Zeitschritt. Es kann wesentlich schneller erfolgen, weil nicht mehr zu befürchten ist, daß loses Pulver mitgerissen wird. Bestenfalls kann das Evakuieren sogar ganz wegfallen. Die Hochdruck-Preßform ist einfacher aufgebaut. Sie besteht aus zwei gleichen Kugelkalotten, die an den Stempeln mit lösbaren Knöpfverbindungen befestigt sind. Die Standzeit der Formen wird auch länger, denn es kommt kein Pulver mehr in die Teilfugen, wo es Verschleiß bewirkt. Die bereits vorverdichteten Brenn- oder Absorberelement- Kugeln werden zwischen zwei Gummikalotten mit einem Außendurchmesser von nur 10 cm fertig gepreßt. Folglich ist eine geringere Preßkraft erforderlich, was den Aufbau der Hochdruckpresse vereinfacht. Die Verweilzeit (Taktzeit bzw. Taktfrequenz) aller Vorgänge ist synchron aufeinander abgestimmt und liegt zwischen 10 und 30 Sekunden. Dies hat den Vorteil, daß in einem 8 Stunden- Produktionsbetrieb bis zu 2500 Brennelemente-Kugeln hergestellt werden können. Zur Überwachung und Bedienung der erfindungsgemäßen Anlage ist nur noch 1 Mann erforderlich.Small presses with a pressing force of only approx. 7 tons in the first stage and approx. 20 tons in the second stage can be easily and safely automated with the indexable turntables. The rubber molds are less stressed and hardly show any wear. Injected air can escape after pressing, since the pre-compressed fuel or absorber element ball is still gas-permeable. Evacuation in the high-pressure press is the timing step. It can be done much faster because there is no longer any fear that loose powder will be carried away. At best, the evacuation can even be completely eliminated. The high pressure die is of simpler construction. It consists of two identical spherical caps, which are attached to the stamps with detachable button connections. The service life of the molds is also longer because powder no longer gets into the joints where it causes wear. The pre-compressed fuel or absorber element balls are pressed between two rubber caps with an outer diameter of only 10 cm. As a result, less pressing force is required which simplifies the construction of the high pressure press. The dwell time (cycle time or cycle frequency) of all processes is synchronously coordinated and is between 10 and 30 seconds. This has the advantage that up to 2500 fuel element balls can be produced in an 8-hour production operation. Only 1 man is required to monitor and operate the system according to the invention.
Zur näheren Erläuterung des Erfindungsgegenstands dient folgendes Beispiel:The following example serves to explain the subject of the invention in more detail:
Zwei homogenisierte Chargen von umhüllten beschichteten Teilchen mit einem Gewicht von je 1840 g werden mit einem aus zwei Zellenspeichern bestehenden, rotierenden Portionenteiler nacheinander in je 50 Portionen aufgeteilt. In Vorversuchen wurde die Genauigkeit der Portionenteilung mit ± 1 ,2 % ermittelt. Durch die Öffnung der Bodenklappe der Speicherzelle fallen nominell 36,8 g umhüllte beschichtete Teilchen in einen rotierenden Vormischer, dem durch Wiegen 87 g Graphitpreßpulver zugegeben wird. 36,8 g umhüllte beschichtete Teilchen enthalten 19,7 g beschichtete Teilchen bzw. 14.500 einzelne Teilchen, was einem U02 Gehalt von 10,2 g entspricht.Two homogenized batches of coated coated particles, each weighing 1840 g, are successively divided into 50 portions using a rotating portion divider consisting of two cell stores. In preliminary tests, the accuracy of the portion division was found to be ± 1.2%. A nominal 36.8 g of coated particles fall through the opening of the bottom flap of the storage cell into a rotating premixer, to which 87 g of graphite press powder is added by weighing. 36.8 g of coated particles contain 19.7 g of coated particles or 14,500 individual particles, which corresponds to a U0 2 content of 10.2 g.
Das Vorpressen der brenns ofl a'Hgen Kugelkerne erfolgt auf dem ersten Schaltdrehte Her mü' 8 Positionen (s. Abb. 2), wobei die Gummiformen des Schaltdrehtellers einen Durchmesser von 13 cm und eine Gesamthöhe von 17 cm aufweisen. Bei einem Volumen der zentral angeordneten, ellipsoidförmigen Höhlung von 193 cm3 beträgt das Achsenverhältnis des EHipsoids 1 : 1 ,17. Das Vorpressen erfolgt bei einem Druck von 5 MPa, wobei das Pressgut zu hantierfähigen Kugelkernen von 5,9 cm Durchmesser mit einer Dichte von 1 ,2 g/cm3 vorverdichtet wird. Anschließend werden die vorgepreßten Kugelkerne von einem Polyp-Greifer gefaßt und zum zweiten, synchron arbeitenden Schaltdrehteller (ebenfalls mit 8 Positionen) überführt (s. Abb. 3). Die Außenabmessungen der Gummiformen des zweiten Schaltdrehtellers stimmen mit den Abmessungen der Gummiformen des ersten Schaltdrehtellers überein. Bei etwas verringertem Achsenverhältnis des Ellipsoids von 1 : 1,14 beträgt das Volumen der Höhlung 350 cm3. Nach dem Einformen der Kugelkerne in das Preßpulver wird das Preßgut bei einem auf 15 MPa angehobenen Druck zu Brennelemente-Kugeln nachgepreßt, wobei die nachgepreßten Kugeln einen Durchmesser von 6,8 cm, eine Dichte von 1,4 g/cm3 und ein Gewicht von 225 g aufweisen.The fuel ofl a'Hgen ball cores are pre-pressed on the first indexing turn Hermü ' 8 positions (see Fig. 2), the rubber molds of the indexing turntable having a diameter of 13 cm and a total height of 17 cm. With a volume of the centrally arranged, ellipsoidal cavity of 193 cm 3 , the axial ratio of the EHipsoid is 1: 1, 17. The pre-pressing takes place at a pressure of 5 MPa, whereby the material to be pressed can be handled by spherical cores 5.9 cm diameter with a density of 1.2 g / cm 3 is pre-compressed. Then the pre-pressed ball cores are gripped by a polyp gripper and transferred to the second, synchronously operating indexing turntable (also with 8 positions) (see Fig. 3). The external dimensions of the rubber molds of the second indexing turntable match the dimensions of the rubber molds of the first indexing turntable. With a slightly reduced axial ratio of the ellipsoid of 1: 1.14, the volume of the cavity is 350 cm 3 . After the ball cores have been molded into the press powder, the material to be pressed is pressed into fuel element balls at a pressure raised to 15 MPa, the pressed balls having a diameter of 6.8 cm, a density of 1.4 g / cm 3 and a weight of Have 225 g.
Das Fertigpressen erfolgt im Vakuum bei P < 100 mbar, einem Preßdruck von 300 MPa und einer Preßfrequenz (Taktzeit) von 20 Sekunden. Durch dieses Verfahren erhält man Brennelemente-Kugeln mit einer Dichte von 1 ,86 g/cm3 und einem Durchmesser von 6,1 cm. Zum Verkoken des im Preßpulver enthaltenen Binders werden die Preßlinge in Stickstoffatmosphäre innerhalb 18 Stunden auf 800 °C erhitzt und abschließend im Vakuum (P < 10"2 mbar) bei 1900 °C geglüht.The final pressing takes place in a vacuum at P <100 mbar, a pressing pressure of 300 MPa and a pressing frequency (cycle time) of 20 seconds. This process gives fuel balls with a density of 1.86 g / cm 3 and a diameter of 6.1 cm. Coking of the binder contained in the molding powder compacts in the nitrogen atmosphere within 18 hours to 800 ° C and finally heated in vacuum (P <10 "2 mbar) annealed at 1900 ° C.
Zur Herstellung von Absorberelementen bleiben alle Fertigungsschritte unverändert, nur werden anstelle von beschichteten Brennelement-Teilchen, als sogenanntes abbrennbares Gift Neutronenabsorber-Materialien in Form von diskreten Teilchen eingesetzt. Bezugszeichenliste:All manufacturing steps remain unchanged for the production of absorber elements, only neutron absorber materials in the form of discrete particles are used instead of coated fuel element particles as a so-called burnable poison. LIST OF REFERENCE NUMBERS
01 Zellenspeicher - Aufte01 cell memory
02 Zellenspeicher - Zute02 Cell storage - Zute
0303
0404
05 Schaltdrehteller05 indexing turntable
06 Schaltdrehteller06 Switching turntable
07 Dosierwaage07 dosing scales
08 Vormischer08 premixer
09 Herstellungsposition09 Manufacturing position
10 Herstellungsposition10 manufacturing position
11 Herstellungsposition11 Manufacturing position
12 Herstellungsposition12 Manufacturing position
13 Herstellungsposition13 Manufacturing position
14 Herstellungsposition14 Manufacturing position
15 Herstellungsposition15 Manufacturing position
16 Herstellungsposition16 Manufacturing position
17 Gummiform, Unterteil17 rubber mold, lower part
18 Gummiform, Oberteil18 rubber mold, upper part
19 Stahlform 0 Quirl 1 Gummideckel 2 Ringfeder 3 4 Polypgreifer 5 6 7 Kugelkern 3 Saugluftgreifer 4 Hochdruckpresse Bezugszeichenliste:19 Steel mold 0 Whisk 1 Rubber cover 2 Ring spring 3 4 Polyp gripper 5 6 7 Ball core 3 Suction air gripper 4 High pressure press LIST OF REFERENCE NUMBERS
U 1 seilet ispeiuπer - rtuutU 1 rope ispeiuπer - rtuut
02 Zellenspeicher - Zute02 Cell storage - Zute
0303
0404
05 Schaltdrehteller05 indexing turntable
06 Schaltdrehteller06 Switching turntable
07 Dosierwaage07 dosing scales
08 Vormischer08 premixer
09 Herstellungsposition09 Manufacturing position
10 Herstellungsposition10 manufacturing position
11 Herstellungsposition11 Manufacturing position
12 Herstellungsposition12 Manufacturing position
13 Herstellungsposition13 Manufacturing position
14 Herstellungsposition14 Manufacturing position
15 Herstellungsposition15 Manufacturing position
16 Herstellungsposition16 Manufacturing position
17 Gummiform, Unterteil17 rubber mold, lower part
18 Gummiform, Oberteil18 rubber mold, upper part
19 Stahlform 0 Quirl 1 Gummideckel 2 Ringfeder 3 4 Polypgreifer 5 6 7 Kugelkern 3 Saugluftgreifer 4 Hochdruckpresse 19 Steel mold 0 Whisk 1 Rubber cover 2 Ring spring 3 4 Polyp gripper 5 6 7 Ball core 3 Suction air gripper 4 High pressure press

Claims

Patentansprücheclaims
1. Verfahren zur Herstellung von kugelförmigen1. Method of making spherical
Graphitbrennelementen für Hochtemperatur Kernreaktoren durch Pressen eines Gemisches, bestehend aus umhüllten beschichteten Brennstoffteilchen und Graphitpreßpulver, in einer aus Silikongummi bestehenden Form, die zur Preßgutaufnahme eine ellipsoidförmige Höhlung aufweist und der Preßvorgang in drei Preßschritten mit stufenweise angehobener Verdichtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung die Taktzeit aller Fertigungsschritte zeitlich aufeinander abgestimmt ist, die Vorgänge selbsttätig ablaufen und die Produktion aus folgenden, synchron arbeitenden Verfahrensschritten besteht:Graphite fuel elements for high-temperature nuclear reactors by pressing a mixture consisting of coated coated fuel particles and graphite molding powder, in a form made of silicone rubber, which has an ellipsoidal cavity for the material to be pressed and the pressing process takes place in three pressing steps with gradually increased compression, characterized in that during production the cycle time of all production steps is coordinated, the processes run automatically and the production consists of the following, synchronously working process steps:
- Aufteilung in einem Portionenteiler für die Dosierung der umhüllten beschichteten Brennstoffteilchen, bestehend aus zwei Zellenspeichern, von denen jeweils einer in der Aufteilungsposition und der andere in der Zuteilungsposition steht,Division into a portion divider for metering the coated coated fuel particles, consisting of two cell stores, one of which is in the division position and the other in the allocation position,
- Materialfluß aus einem Vorratsbehalter für Graphitpreßpulver mit einer Dosierwaage,- material flow from a storage container for graphite press powder with a dosing scale,
- Vormischen,- premixing,
- Vorpressen des Kugelkerns in einem ersten synchron arbeitenden Schaltdrehteller mit mehreren Stationen,- Prepressing the ball core in a first synchronously operating indexing turntable with several stations,
- Nachpressen der Brennelemente-Kugeln in einem zweiten synchron arbeitenden Schaltdrehteller mit mehreren Stationen und- Repressing the fuel balls in a second synchronous rotary turntable with several stations and
- Fertigpressen der Brennelemente-Kugeln in einer Hochdruckpresse.- Final pressing of the fuel element balls in a high pressure press.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei beiden Schaltdrehtellern je 8 Stationen kreisförmig angeordnet sind. Method according to Claim 1, characterized in that 8 stations are arranged in a circle in each of the two rotary turntables.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit beziehungsweise Taktfrequenz bei allen Stationen gleich ist und zwischen 10 und 30 Sekunden liegt.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the dwell time or clock frequency is the same at all stations and is between 10 and 30 seconds.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit aller Stationen synchron aufeinander abgestimmt ist und 20 Sekunden beträgt.4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the dwell time of all stations is synchronously coordinated and is 20 seconds.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisierung der umhüllten beschichteten Brennstoffteilchen und des Preßpulvers in den Gummiformen erfolgt.5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that the homogenization of the coated coated fuel particles and the press powder takes place in the rubber molds.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die gefüllten Gummiformen beim Mischen drehen und die eingetauchten Quirle in entgegengesetzter Richtung rotieren.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the filled rubber molds rotate during mixing and the immersed whisk rotate in the opposite direction.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßpulver für die untere und obere Schalenhälfte unter Rotation der Gummiformen eingefüllt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the press powder for the lower and upper half of the shell is filled with rotation of the rubber molds.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Vorpressen des Kugelkerns das Formoberteil mit einem Saugluft-Heber von Position 15 zu Position 9 zurück geschwenkt wird, und die Gummiform zur Neubefüllung zusammengesetzt wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that after the pre-pressing of the ball core, the upper mold part is pivoted back from position 15 to position 9 with a suction air lifter, and the rubber mold is assembled for refilling.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Nachpressen der Brennelemente- Kugel das Formoberteil mit einem Saugluft- Heber von Position 31 zu Position 28 zum Einformen des vorgepressten Kugelkernes mit dem Graphitpresspulver zurück geschwenkt wird. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that after the re-pressing of the fuel ball, the upper mold part is pivoted back with a suction air lifter from position 31 to position 28 for molding the pre-pressed ball core with the graphite powder.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stempel-Stirnflächen der Hochdruckpresse Kugelkalotten aus Silikongummi mit einer lösbaren Knöpfverbindung befestigt sind.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that spherical caps made of silicone rubber are attached to the stamp end faces of the high-pressure press with a detachable button connection.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Kugelkalotten zwischen 9,0 und 11 ,0 cm liegt.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the outer diameter of the spherical caps is between 9.0 and 11.0 cm.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Kugelkalotten 10,0 cm beträgt.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the outer diameter of the spherical caps is 10.0 cm.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Absorberelementen anstelle von beschichteten Brennstoffteilchen Neutronenabsorber-Materialien in Form von diskreten Teilchen eingesetzt werden. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that neutron absorber materials are used in the form of discrete particles for the production of absorber elements instead of coated fuel particles.
PCT/EP2003/012491 2002-11-15 2003-11-13 Automated method for producing spherical graphite fuel elements and absorber devices for high-temperature reactors (htr) WO2004047120A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10253205.2 2002-11-15
DE10253205A DE10253205B4 (en) 2002-11-15 2002-11-15 Automated production process for the production of spherical graphite, fuel and absorber elements for high-temperature nuclear reactors (HTR)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004047120A1 true WO2004047120A1 (en) 2004-06-03

Family

ID=32308552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2003/012491 WO2004047120A1 (en) 2002-11-15 2003-11-13 Automated method for producing spherical graphite fuel elements and absorber devices for high-temperature reactors (htr)

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10253205B4 (en)
WO (1) WO2004047120A1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2977175A1 (en) * 2011-06-28 2013-01-04 Saint Jean Ind ISOSTATIC COMPRESSION MOLD AND METHOD FOR PRODUCING FOUNDRY CORE FROM SUCH A MOLD
CN104723597A (en) * 2015-03-23 2015-06-24 辽宁天亿机械有限公司 Intermittent tablet press
WO2017124372A1 (en) * 2016-01-21 2017-07-27 清华大学 Spherical fuel element forming apparatus
CN111640522A (en) * 2020-03-18 2020-09-08 清华大学 Powder adding and dimpling device for spherical fuel element fuel-free zone preforming lower half mold
CN111716789A (en) * 2020-05-29 2020-09-29 重庆耐德新明和工业有限公司 High-pressure extrusion dehydrator for garbage disposal
CN111716788A (en) * 2020-05-29 2020-09-29 重庆耐德新明和工业有限公司 High-pressure extrusion dehydration method for garbage treatment
EP3854577A1 (en) * 2020-01-23 2021-07-28 Eurotab Press device for manufacturing compacted tablets

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006040309B4 (en) 2006-08-29 2009-04-16 Ald Vacuum Technologies Gmbh Spherical fuel assembly and its manufacture for gas-cooled high-temperature ball-puffed nuclear reactors (HTR)
DE102007056135A1 (en) * 2007-11-20 2009-05-28 Ald Vacuum Technologies Gmbh Reactor graphite consisting of isotropic highly crystalline natural graphite as the main component and silicon or zirconium carbide and its preparation
WO2010086431A1 (en) 2009-01-30 2010-08-05 Ald Vacuum Technologies Gmbh Fuel element having fissionable material and fertile material and method for the production thereof
CN105679387B (en) * 2016-01-21 2017-11-21 清华大学 A kind of equipment of spheric fuel element shaping
CN106782716B (en) * 2016-11-30 2018-06-19 中国科学院上海应用物理研究所 A kind of core ball positioning device of ball shape fuel element and preparation method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1230520A (en) * 1968-12-06 1971-05-05
US3901409A (en) * 1974-07-23 1975-08-26 Us Energy Apparatus for blending small particles
FR2661343A1 (en) * 1990-04-27 1991-10-31 Le Molaire Roger Method and machine for manufacturing a sintered product with continuous adjustment of the parameters
DE4414497A1 (en) * 1993-04-28 1994-11-03 Robosint Srl Machine for weighing and cold-pressing diamond powder
DE19837989A1 (en) * 1998-08-21 2000-03-02 Andrea Hrovat Production of spherical fuel and absorber elements used in high temperature reactors comprises pre-pressing mixture of fuel or absorber particles and graphite powder, embedding into graphite layer and further pressing

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1646783C3 (en) * 1965-12-18 1974-08-15 Nukem Gmbh, 6454 Grossauheim Process for the production of spherical graphite fuel elements

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1230520A (en) * 1968-12-06 1971-05-05
US3901409A (en) * 1974-07-23 1975-08-26 Us Energy Apparatus for blending small particles
FR2661343A1 (en) * 1990-04-27 1991-10-31 Le Molaire Roger Method and machine for manufacturing a sintered product with continuous adjustment of the parameters
DE4414497A1 (en) * 1993-04-28 1994-11-03 Robosint Srl Machine for weighing and cold-pressing diamond powder
DE19837989A1 (en) * 1998-08-21 2000-03-02 Andrea Hrovat Production of spherical fuel and absorber elements used in high temperature reactors comprises pre-pressing mixture of fuel or absorber particles and graphite powder, embedding into graphite layer and further pressing

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2977175A1 (en) * 2011-06-28 2013-01-04 Saint Jean Ind ISOSTATIC COMPRESSION MOLD AND METHOD FOR PRODUCING FOUNDRY CORE FROM SUCH A MOLD
CN104723597A (en) * 2015-03-23 2015-06-24 辽宁天亿机械有限公司 Intermittent tablet press
WO2017124372A1 (en) * 2016-01-21 2017-07-27 清华大学 Spherical fuel element forming apparatus
US20180315514A1 (en) * 2016-01-21 2018-11-01 Tsinghua University Spherical fuel element forming apparatus
JP2018534556A (en) * 2016-01-21 2018-11-22 チングア ユニバーシティー Spherical fuel element molding equipment
EP3854577A1 (en) * 2020-01-23 2021-07-28 Eurotab Press device for manufacturing compacted tablets
FR3106524A1 (en) * 2020-01-23 2021-07-30 Eurotab Press device for making compacted tablets
CN111640522A (en) * 2020-03-18 2020-09-08 清华大学 Powder adding and dimpling device for spherical fuel element fuel-free zone preforming lower half mold
CN111640522B (en) * 2020-03-18 2022-05-06 清华大学 Powder adding and dimpling device for spherical fuel element fuel-free zone preforming lower half mold
CN111716789A (en) * 2020-05-29 2020-09-29 重庆耐德新明和工业有限公司 High-pressure extrusion dehydrator for garbage disposal
CN111716788A (en) * 2020-05-29 2020-09-29 重庆耐德新明和工业有限公司 High-pressure extrusion dehydration method for garbage treatment

Also Published As

Publication number Publication date
DE10253205A1 (en) 2004-06-09
DE10253205B4 (en) 2005-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AT398726B (en) METHOD AND PRESS FOR PRODUCING BLOCKS
DE10253205B4 (en) Automated production process for the production of spherical graphite, fuel and absorber elements for high-temperature nuclear reactors (HTR)
DE1233501B (en) Process for the manufacture of a nuclear reactor fuel assembly
EP1415306B1 (en) Method for producing a mixed oxide nuclear fuel powder and a mixed oxide nuclear fuel sintered compact
WO2010086431A1 (en) Fuel element having fissionable material and fertile material and method for the production thereof
DE4203572A1 (en) MOLDING MACHINE FOR DIFFERENT STAGE ITEMS
DE1092139B (en) Fuel element for nuclear reactors and process for making the same
EP1120237B1 (en) Baling press with weighing apparatus and weighing method
DE19837989C2 (en) Process for the production of fuel elements, absorber elements and fuel bodies for high-temperature reactors
DE2721145C2 (en)
EP0813472B1 (en) Device for producing tablets
DE2842402C2 (en) Process for the production of ceramic fuel pellets for nuclear reactors
EP0053753B1 (en) Method of manufacturing metallic bodies
EP3900923B1 (en) Method for the automatic production of individualized tablets and tablet press for the automated production of individualized tablets
DE60215348T2 (en) METHOD FOR PRODUCING A COMPOUND NUCLEAR FUEL MATERIAL FROM DISPERSED (U, PU) O-2 AGREGATES
DE2654536B1 (en) PROCESS FOR MANUFACTURING SPHERICAL FUEL ELEMENTS FOR HIGH TEMPERATURE REACTORS
DE19812320C1 (en) Process for producing nuclear fuel sintered bodies and corresponding sintered bodies
CH396238A (en) Process for the production of nuclear fuel and apparatus for carrying out the process
DE2151622A1 (en) Moulding machine - esp for spherical fuel elements for high temp nuclear reactors
DE1646792A1 (en) Process for the production of spherical fuel elements from graphite
DE3532155C1 (en) Ultimately disposable bundle and method for producing it
DE2215577C2 (en) Pelletizing process and pelletizing device for powder or dusty material
DE2264609C3 (en) Process for the production of prismatic graphite moldings for high-temperature fuel elements
DE1489918C (en) Fuel element for a gas-cooled nuclear reactor and process for its manufacture
Nishijima et al. An improved process for fabricating UO2 pellets

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CN JP RU US ZA

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP