DE10204166A1 - Production of fuel core, used in high temperature reactor fuel elements, involves moving dried fuel particles in rotating oven having integrated crucible molded parts vertically to oven axis after calcining, reducing and sintering - Google Patents

Abstract

Production of a fuel core involves moving dried fuel particles in a rotating oven (10) having integrated crucible molded parts (16) vertically to the oven axis after calcining, reducing and sintering. The crucible molded parts have cut-outs for passage of the fuel particles and arranged in a slanting manner. An Independent claim is also included for a device for carrying out the above process. Preferred Features: The cut-outs have a surface of less than 50% of the base surface of the crucible molded parts and run outside the longitudinal axis. The crucibles interlock with each other. The cut-outs are cut-outs extending up to the peripheral wall of the crucible.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Brennstoffkernen durch Kalzinieren, Reduzieren und Sintern in einem Kaskaden-Drehrohrofen. Der Ofen besteht aus einem beiderseitig gelagerten und geneigten Rohr. Im Rohrinneren sind Tiegelformteile (Kaskaden) integriert. Die Tiegelformteile weisen bodenseitig Durchbrechungen zum Durchtritt der Teilchen auf und sind aufeinanderfolgend versetzt angeordnet. Bei einer Umdrehung des Rohres bewegen sich die Teilchen schonend in den nächsten, den in der Fließrichtung befindlichen Tiegelformteil (Kaskade). Die Bodenrestfläche des Tiegelformteils beträgt etwas mehr als 50%. Sie verhindert das Durchrutschen der Teilchen in der Drehachse und dient als Strahlenschirm. Folglich wird eine optimale Quermischung der bewegten (umgewälzten) Teilchen ohne Vermischung mit den Teilchen in den Nachbarkammern (Kaskaden) gewährleistet. Außerdem wird ein definierter Teilchenstrom entlang des gesamten Ofens erzielt. The invention relates to a method for producing fuel cores by calcining, reducing and sintering in a cascade rotary kiln. The furnace consists of a tube that is supported and inclined on both sides. in the Crucible molded parts (cascades) are integrated inside the tube. The crucible shaped parts have openings on the bottom for the passage of the particles and are successively staggered. At one turn of the The particles move gently in the next tube, the one in the tube Flow direction of the crucible molding (cascade). The remaining floor area of the Crucible molding is just over 50%. It prevents that The particles slip through the axis of rotation and serve as a radiation shield. As a result, an optimal cross-mixing of the moved (circulated) Particles without mixing with the particles in the neighboring chambers (Cascades) guaranteed. It also creates a defined particle flow achieved along the entire furnace.

Das sind die wichtigsten Voraussetzungen für die Vergleichmäßigung der angestrebten Kernqualität und zur Vermeidung von Rißbildung in den Teilchen bei der Wärmebehandlung. These are the most important requirements for the equalization of the desired core quality and to avoid cracking in the Particles in heat treatment.

Bei gasgekühlten Hochtemperatur-Kernreaktoren kommen Brennelemente aus Graphit in kugelförmiger und in prismatischer Form zur Anwendung. Dabei dient Graphit als Strukturmaterial und als Moderator. Fuel assemblies come with gas-cooled high-temperature nuclear reactors made of graphite in spherical and prismatic form. Graphite serves as a structural material and as a moderator.

Die verschiedenen Typen von HTR-Brennelementen sind u. a. beschrieben in den nachfolgenden Veröffentlichungen:

• 1. Lands, J. E., Everett, J. K., Fortescue, P., Goddjohn, A. J., Trauger, D. B.:
  Gas-Cooled Reactor Development in the United States, 4. Genfer Atomkonferenz 49-P-833, Sept. 1971;
• 2. Hrovat, M., Rachor, L., Huschka, H.:
  Fabrication and Properties of Molded Block Fuel Elements for HTGRS, Proceedings of the European Nuclear Conference, Paris 1975, Paper G 2,
• 3. Fuel Fabrication, Reprinted Pergamon Press, Oxford & New York, 1976, 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. 253-256.

The different types of HTR fuel elements are described in the following publications:

• 1. Lands, JE, Everett, JK, Fortescue, P., Goddjohn, AJ, Trauger, DB:
  Gas-Cooled Reactor Development in the United States, 4th Geneva Atomic Conference 49-P-833, Sept. 1971;
• 2. Hrovat, M., Rachor, L., Huschka, H .:
  Fabrication and Properties of Molded Block Fuel Elements for HTGRS, Proceedings of the European Nuclear Conference, Paris 1975 , Paper G 2,
• 3. Fuel Fabrication, Reprinted Pergamon Press, Oxford & New York, 1976, Hrovat, 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.

Unabhängig von der Brennelementform wird bei allen Brennelement-Typen der Brenn- und Brutstoff in Form von beschichteten Teilchen (coated particles) eingesetzt. Die beschichteten Teilchen sind etwa 0,5 mm große Kügelchen (Brennstoffkerne), vorzugsweise aus Uranoxid, und zur Rückhaltung der während des Reaktorbetriebes entstehenden Spaltprodukte mit Pyrokohlenstoff und Siliziumcarbid mehrfach beschichtet. Regardless of the fuel element shape, all fuel element types the fuel and brood in the form of coated particles (coated particles). The coated particles are about 0.5 mm in size Beads (fuel cores), preferably made of uranium oxide, and for Retention of the fission products generated during reactor operation coated several times with pyrocarbon and silicon carbide.

Zur Zeit werden alle im Betrieb, im Bau und in der Planung befindlichen Hochtemperatur-Reaktoren für den Brennstoffzyklus mit niedrig angereichertem Uran ausgelegt. Folglich bestehen die Brennstoffkerne aus Uranoxid (UO₂). Der Anreicherungsgrad an Uranisotop U-235 beträgt etwa 10%, der Rest, U-238, dient als Brutstoff. All high-temperature reactors currently in operation, under construction and in planning are currently being designed for the fuel cycle with low-enriched uranium. As a result, the fuel cores consist of uranium oxide (UO ₂ ). The degree of enrichment of uranium isotope U-235 is about 10%, the rest, U-238, is used as breeding material.

Um Brennelemente herzustellen, die während der gesamten Verweilzeit im Reaktor ein hohes Rückhaltevermögen für feste und gasförmige Spaltprodukte aufweisen, werden an die Brennstoffkerne hohe Anforderungen gestellt: Sie müssen rund sein, geringe Durchmesserabweichungen aufweisen, eine nahezu theoretische Dichte besitzen und frei von Verunreinigungen und Rissen sein. To produce fuel elements that are in the High retention capacity for solid and gaseous Having fission products are high on the fuel cores Requirements: They have to be round, low Diameter deviations have an almost theoretical density own and be free of impurities and cracks.

Zur Herstellung von Brennstoffkernen sind trockene und naßchemische Verfahren bekannt. Bei trockenen Verfahren wird ein feingemahlenes UO₂ oder U₃O₈ Pulver unter Zusatz von organischen Hilfsstoffen und Wasser oder organischen Lösungsmitteln durch mechanische Bewegungen zu kugelförmigen Teilchen aglomeriert. Nach dem Trocknen werden die Teilchen zum Herausbrennen der organischen Hilfsstoffe kalziniert, danach in Wasserstoffatmosphäre reduziert und abschließend zu UO₂ Kernen gesintert. Das Verfahren ist beschrieben in:

• 1. Price, M. S. T., Gaugh, F. G., Horsley, G. W.:
  Fuel element fabrication for the DRAGON reactor experiment J. Brit. Nucl. Energy Soc. 5, 1966, S 361.

Dry and wet chemical processes are known for the production of fuel cores. In dry processes, a finely ground UO ₂ or U ₃ O ₈ powder is agglomerated into spherical particles by mechanical movements with the addition of organic auxiliaries and water or organic solvents. After drying, the particles are calcined to burn out the organic auxiliaries, then reduced in a hydrogen atmosphere and finally sintered to form UO ₂ cores. The procedure is described in:

• 1. Price, MST, Gaugh, FG, Horsley, GW:
  Fuel element fabrication for the DRAGON reactor experiment J. Brit. Nucl. Energy Soc. 5, 1966, p 361.

Zur Herstellung von Brennstoffkernen nach dem naßchemischen Verfahren wurde eine Reihe von Verfahren bekannt, wobei im Wesentlichen zwei, das Sol-Gel-Verfahren und das Gel-Fällungsverfahren zur Produktionsreife entwickelt wurden und somit technisch-wirtschaftliche Bedeutung erlangten. For the production of fuel cores using the wet chemical process a number of methods have become known, essentially two, the Sol-gel process and the gel precipitation process ready for production were developed and thus acquired technical and economic importance.

Das Sol-Gel-Verfahren wurde vom ORNL (Oak Ridge National Laboratory, USA) entwickelt, weil es in zunehmendem Maße eine große Variationsbreite der Kerne verschiedener Größe bei hohen Durchsätzen und enger Durchmesserverteilung der Kerne zuläßt. Das Verfahren ist beschrieben in:

• 1. Wymer, R. G.:
  Laboratory and Engineering Studies of Sol-Gel-Processes Oak Ridge National Laboratory, Report No. ORNL-TM-2205, 1968
• 2. Hawz, C. C., Finhey, W. C., Band, W. D.:
  Engineeringscale Demonstration of the Sol-Gel Process, Preparation of 100 kg of Th0₂-UO₂ Microspheres at the Rate of 10 kg/day, ORNL Report No. 4544, 1971.

The sol-gel process was developed by ORNL (Oak Ridge National Laboratory, USA) because it increasingly allows a wide range of variation of the cores of different sizes with high throughputs and narrow diameter distribution of the cores. The procedure is described in:

• 1. Wymer, RG:
  Laboratory and Engineering Studies of Sol-Gel-Processes Oak Ridge National Laboratory, Report No. ORNL-TM-2205, 1968
• 2. Hawz, CC, Finhey, WC, Band, WD:
  Engineering scale demonstration of the Sol-Gel Process, Preparation of 100 kg of Th0 ₂ -UO ₂ Microspheres at the Rate of 10 kg / day, ORNL Report No. 4544, 1971.

Das Gel-Fällungsverfahren wurde in Deutschland hauptsächlich zur Herstellung von Brennelementen für den AVR (Arbeitsgemeinschafts- Versuches-Reaktor) und den THTR (Thorium-Hochtemperatur-Reaktor) entwickelt. The gel precipitation process was mainly used in Germany Manufacture of fuel elements for the AVR (joint venture Experimental reactor) and the THTR (thorium high-temperature reactor) developed.

In den 70er und 80er Jahren wurden nach diesem Verfahren insgesamt Brennstoffkerne für etwa 1,2 Millionen Brennelementkugeln gefertigt, was etwa 12.000 kg Kernen entspricht. In the 70s and 80s, this procedure was used overall Fuel cores made for about 1.2 million fuel balls what corresponds to about 12,000 kg cores.

Bei der Herstellung nach diesem Verfahren wird eine Uranilnitratlösung mit Zusätzen von organischen Hilfsstoffen zur Einstellung der Viskosität und Oberflächenspannung durch Vibration vertropft. Um Kerne nach dem Sintern von etwa 0,5 mm Durchmesser zu erhalten, beträgt der Durchmesser der Vertropfungsdüsen etwa 4 mm. Beim Vertropfen werden durch die Reaktion mit NH₃ Gas, dann mit der NH₄OH Lösung, die Ammoniumdiuranat (ADU) sphärischen Teilchen als Gel gefällt. Anschließend werden die Teilchen mit Ammoniakwasser frei von NH₄NO₃ gewaschen, mit Isopropanol entwässert und bei 80°C im Unterdruck unter Rückgewinnung des Isopropanols getrocknet. Die getrockneten Teilchen werden an der Luft bei einer maximalen Temperatur von etwa 350°C kalziniert und dabei werden das Ammoniumdiuranat (ADU) und die organische Hilfsstoffe thermisch zersetzt. Anschließend werden die kalzinierten Teilchen in einer Atmosphäre, bestehend aus Wasserstoff und Inertgas, zu UO₂ reduziert und gleichzeitig bei einer maximalen Temperatur von etwa 1700°C auf die End- Dichte gesintert. In the production according to this method, a uranium nitrate solution with additions of organic auxiliaries for adjusting the viscosity and surface tension is dripped by vibration. In order to obtain cores of approximately 0.5 mm in diameter after sintering, the diameter of the dropletizing nozzles is approximately 4 mm. When droplets are formed, the ammonium diuranate (ADU) spherical particles are precipitated as a gel by reaction with NH ₃ gas, then with the NH ₄ OH solution. The particles are then washed free of NH ₄ NO ₃ with ammonia water, dewatered with isopropanol and dried at 80 ° C. under reduced pressure to recover the isopropanol. The dried particles are calcined in air at a maximum temperature of about 350 ° C and the ammonium diuranate (ADU) and the organic auxiliaries are thermally decomposed. The calcined particles are then reduced to UO ₂ in an atmosphere consisting of hydrogen and inert gas and simultaneously sintered to the final density at a maximum temperature of approximately 1700 ° C.

Die letzten drei Fertigungsschritte: Kalzinieren, Reduzieren und Sintern, werden bei allen bekannt gewordenen Verfahren (trocken und naßchemisch) durchgeführt. Zum Kalzinieren werden die Teilchen als lose Schüttung auf Schalen oder Bleche, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, ausgebreitet und wärmebehandelt. Zum Reduzieren und Sintern werden die kalzinierten Teilchen auf Molybdän-Schiffchen ebenfalls als lose Schüttung ausgebreitet und durch den Ofen geschoben. Das Verfahren ist beschrieben in der Veröffentlichung

• 1. Kadner, M., Baier, J.:
  Über die Herstellung von Brennstoffkernen für Hochtemperaturreaktor- Brennelemente, Kerntechnik 18, Jahrgang 1976, Nr. 10.

The last three production steps: calcining, reducing and sintering are carried out in all known processes (dry and wet chemical). For the calcination, the particles are spread as a loose bed on trays or sheets, preferably made of stainless steel, and heat-treated. To reduce and sinter the calcined particles on molybdenum boats are also spread out as a loose bed and pushed through the furnace. The procedure is described in the publication

• 1. Kadner, M., Baier, J .:
  About the production of fuel cores for high-temperature reactor fuel elements, Kerntechnik 18 , year 1976, No. 10.

Bei der Wärmebehandlung (Kalzinieren, Reduzieren und Sintern) werden die Teilchen mechanisch hoch belastet. Bereits beim Kalzinieren verringert sich das Volumen der Teilchen um etwa den Faktor 2,5. Hinzu kommt eine innere Druckbelastung als Folge des Druckaufbaus bei der Zersetzung von Ammoniumdiuranat (ADU) und organischen Hilfsstoffen. Die Spannungsbelastung der Teilchen setzt sich beim Reduzieren und Sintern fort. Dabei verringert sich das Volumen der Teilchen um einen weiteren Faktor von etwa 4,5. Außerdem werden die Teilchen zusätzlich durch thermische Spannungen belastet, was insbesondere in einer schlecht wärmeleitenden Schüttung von RUHENDEN Teilchen hervorgerufen wird. Bei einer ruhenden Schüttung durchlaufen die Teilchen der unteren Schichten, verglichen mit den Teilchen der oberen Schichten, eine unterschiedliche Temperatur-Zeit-Geschichte. Insbesonders betrifft dies die Teilchen, die unmittelbar mit dem Schalen- oder Schiffchen-Werkstoff in Berührung kommen. Folglich läßt es sich nicht vermeiden, daß bei fertiggesinterten Brennstoffkernen Eigenschaftsschwankungen auftreten und dabei einige Teilchen reißen bzw. einige wenige fertiggesinterte Brennstoffkerne latente Risse aufweisen. Dieser Anteil ist relativ gering und beträgt weniger als 0,1%. Da an die Brennelemente für HTR- Einkreisanlagen mit Heliumturbine extrem hohe Forderungen bezüglich der Rückhaltung für feste und gasförmige Spaltprodukte gestellt werden, ist dieser Anteil fehlerhafter Brennstoffkerne unzulässig. Die Kernfragmente der gerissenen Teilchen können durch anschließendes Sieben und Sortieren weitgehend abgetrennt werden. Dennoch verbleibt ein kleiner, unzulässiger Anteil von Kernfragmenten und Kerne mit latenten Rissen. Der Anteil an Kernen mit latenten Rissen übersteht den Beschichtungsvorgang in Wirbelbettanlagen nicht und ist hauptsächlich dafür verantwortlich, daß die Schichten aus Pyrokohlenstoff und Siliziumkarbid mit Uran kontaminiert werden. Ferner werden die verbliebenen und durch Wirbeln hervorgerufene Kernfragmente unregelmäßig beschichtet. Die beiden Unregelmäßigkeiten, Kontamination der Schichten und unregelmäßige Beschichtung der Kernfragmente vermindern das Rückhaltevermögen der Brennelemente für feste und gasförmige Spaltprodukte erheblich. With heat treatment (calcining, reducing and sintering) the Particles subject to high mechanical loads. Already during the calcination it is reduced the volume of the particles by about a factor of 2.5. There is also one internal pressure load as a result of the pressure build-up during the decomposition of Ammonium diuranate (ADU) and organic additives. The The stress on the particles continues during reduction and sintering continued. The volume of the particles is reduced by another Factor of about 4.5. In addition, the particles are additionally thermal stresses, which is particularly bad in a thermally conductive bed of resting particles is caused. When the bed is at rest, the particles pass through the lower one Layers, compared to the particles of the upper layers, one different temperature-time history. This applies in particular to the Particles that are in direct contact with the shell or boat material Come into contact. Consequently, it cannot be avoided that Finished sintered fuel cores occur and fluctuations in properties some particles break or a few sintered Fuel cores have latent cracks. This proportion is relatively small and is less than 0.1%. Because of the fuel elements for HTR Single circuit systems with a helium turbine have extremely high demands with regard to the Restraint for solid and gaseous fission products is provided this proportion of faulty fuel cores is not permitted. The core fragments of the Cracked particles can then be sieved and sorted largely separated. Nevertheless, a small, inadmissible remains Proportion of core fragments and cores with latent cracks. The share of Cores with latent cracks survive the coating process in Fluid bed systems are not and is mainly responsible for ensuring that the Layers of pyrocarbon and silicon carbide contaminated with uranium become. Furthermore, those that remain and are caused by whirling Core fragments coated irregularly. The two irregularities Contamination of the layers and irregular coating of the Core fragments reduce the retention capacity of the fuel elements for solid and gaseous fission products considerably.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren zur Herstellung von Brennstoffkernen auszuarbeiten, das es gestattet, die Bildung von Rissen, die zu Fragmenten führen oder latente Risse bei der Wärmebehandlung der Teilchen (Kalzinieren, Reduzieren und Sintern) hervorrufen, zu beheben und außerdem eine Vergleichmäßigung der angestrebten Kernqualität zu erreichen. The object of the invention is therefore a method for the production of To work out fuel cores that allow the formation of cracks, which lead to fragments or latent cracks during the heat treatment of the Particles (calcining, reducing and sintering) cause, fix and also an equalization of the desired core quality to reach.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmebehandlung der getrockneten Brennstoffteilchen zum Kalzinieren, Reduzieren und Sintern in einem Drehrohrofen mit integrierten Tiegelformteilen (Kaskaden) erfolgt. Der Ofen besteht aus einem beiderseitig gelagerten und geneigten Rohr. Im Rohrinneren sind Tiegelformteile (Kaskaden) integriert. Die Tiegelformteile weisen bodenseitig Durchbrechungen zum Durchtritt der Teilchen auf und sind aufeinanderfolgend versetzt angeordnet. Bei einer Umdrehung des Rohres bewegen sich die Teilchen schonend in den nächsten, in Fließrichtung befindlichen Tiegelformteil (Kaskade). Die Bodenrestfläche des Tiegelformteils beträgt etwas mehr als 50%. Sie verhindert das Durchrutschen der Teilchen in der Drehachse und dient als Strahlenschirm. Folglich wird eine optimale Quermischung der bewegten (umgewälzten) Teilchen ohne Vermischung mit den Teilchen in den Nachbarkammern (Kaskaden) gewährleistet. The object is achieved in that the Heat treatment of the dried fuel particles for calcining, Reduce and sinter in a rotary kiln with integrated Crucible molded parts (cascades) are carried out. The oven consists of one on both sides stored and inclined pipe. There are molded crucible parts inside the tube (Cascades) integrated. The crucible shaped parts face the bottom Openings for the passage of the particles on and are successively staggered. With one revolution of the pipe the particles move gently in the next, in the direction of flow located crucible molding (cascade). The remaining floor area of the Crucible molding is just over 50%. It prevents that The particles slip through the axis of rotation and serve as a radiation shield. As a result, an optimal cross-mixing of the moved (circulated) Particles without mixing with the particles in the neighboring chambers (Cascades) guaranteed.

Außerdem wird ein definierter Teilchenstrom entlang des gesamten Ofens erzielt. There is also a defined particle flow along the entire furnace achieved.

Das sind die wichtigsten Voraussetzungen für die Vergleichmäßigung der angestrebten Kernqualität und zur Vermeidung von Rißbildung. These are the most important requirements for the equalization of the desired core quality and to avoid cracking.

Die Öfen zum Kalzinieren und Reduzieren/Sintern sind vom Aufbau her identisch. Sie unterscheiden sich hauptsächlich voneinander bezüglich der max. Temperatur und der Ofenatmosphäre. Der Kalzinierungsofen ist für eine max. Temperatur von etwa 400°C ausgelegt und wird mit Luft gespült. Folglich können das Außenrohr und die Tiegelformteile aus den üblichen rostfreien Stählen bestehen, die für den Einsatz unter Luft in diesem Temperaturbereich geeignet sind. The calcining and reducing / sintering furnaces are of the same structure identical. They differ mainly from each other in terms of Max. Temperature and the furnace atmosphere. The calciner is for a max. 400 ° C and is flushed with air. Consequently, the outer tube and the crucible shaped parts can be made from the usual ones Stainless steels are made for use in air in this Temperature range are suitable.

Reduzieren und Sintern erfolgen gemeinsam in einem zweiten Ofen, der für eine max. Temperatur von 1700°C und eine reduzierende Atmosphäre (Gemisch aus H₂ und Inertgas) ausgelegt ist. Als Werkstoff für das Außenrohr und die Tiegelformteile kommen Molybdän oder Wolfram in frage. Reduction and sintering take place together in a second furnace, which is used for a max. Temperature of 1700 ° C and a reducing atmosphere (mixture of H ₂ and inert gas) is designed. Molybdenum or tungsten can be used as the material for the outer tube and the crucible shaped parts.

Um die Erfindung zu verdeutlichen, sind nachfolgend die Verfahrensabläufe und die wichtigen Merkmale des Verfahrens näher beschrieben. Diese sind den Zeichnungen (Fig. 1 bis Fig. 4) zu entnehmen. In order to clarify the invention, the process sequences and the important features of the method are described in more detail below. These are shown in the drawings ( Fig. 1 to Fig. 4).

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung das Prinzip eines Kaskaden- Drehrohrofens zum Kalzinieren und Reduzieren/Sintern. Fig. 1 shows a schematic representation of the principle of a cascade rotary kiln for calcining and reducing / sintering.

In Fig. 2 ist die Vorderansicht eines im Drehrohrofen nach Fig. 1 angeordneten Tiegelformteils (Kaskade) dargestellt. FIG. 2 shows the front view of a crucible molding (cascade) arranged in the rotary kiln according to FIG. 1.

Fig. 3 zeigt das Tiegelformteil nach Fig. 2 in Seitenansicht und Fig. 4 die Draufsicht des Tiegelformteils. FIG. 3 shows the crucible molding according to FIG. 2 in a side view and FIG. 4 shows the top view of the crucible molding.

Der schematisch in Fig. 1 dargestellte Längsschnitt eines Drehrohrofens (10) besteht aus einem äußeren Rohr (12) mit einer Innenauskleidung (14), dem über einen Vorratsbehälter (16A) und einem Zufuhrrohr (18) durch Vibration die Brennstoffteilchen zugeführt werden. The longitudinal section of a rotary kiln ( 10 ), shown schematically in Fig. 1, consists of an outer tube ( 12 ) with an inner lining ( 14 ), to which the fuel particles are fed by vibration via a storage container ( 16 A) and a feed tube ( 18 ).

Die Auskleidung (14) setzt sich aus aneinandergereihten Tiegelformteilen (Kaskaden) zusammen, die mit dem Bezugszeichen (16) versehen sind. The lining ( 14 ) is composed of molded crucible parts (cascades), which are provided with the reference symbol ( 16 ).

Details der entsprechenden Tiegelformteile (Kaskaden) (16) ergeben sich aus den Darstellungen Fig. 2 bis 4. Details of the corresponding crucible shaped parts (cascades) ( 16 ) result from the illustrations in FIGS. 2 to 4.

So ist jeder Tiegel (16) als hohlzylindrischer Körper mit einer Umfangswandung (18), einer Teilbodenfläche (20) sowie einer Öffnung (22) ausgebildet. Each crucible ( 16 ) is designed as a hollow cylindrical body with a peripheral wall ( 18 ), a partial bottom surface ( 20 ) and an opening ( 22 ).

Die Bodenfläche (20) weist einen Ausschnitt (24) auf, der sich bis zur Seitenwandung (18) erstreckt. Folglich ergibt sich im Bodenbereich (20) eine Ausklinkung die in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen (26) gekennzeichnet ist. The bottom surface ( 20 ) has a cutout ( 24 ) which extends to the side wall ( 18 ). This results in a notch in the bottom region ( 20 ) which is identified in FIG. 2 by the reference symbol ( 26 ).

Der Ausschnitt (24) beträgt weniger als 50% des Querschnitts des Tiegels (16), so daß sich der geschlossene Bodenbereich (20) bis über die Mittelachse (28) des Tiegels (16) erstreckt. The cutout ( 24 ) is less than 50% of the cross section of the crucible ( 16 ), so that the closed bottom region ( 20 ) extends over the central axis ( 28 ) of the crucible ( 16 ).

Um die in dem Außenrohr (12) angeordneten Tiegel (16) aneinanderzureihen und als Einheit derart auszubilden, daß diese gegeneinander nicht verdrehbar sind, greifen die aneinanderstoßenden Tiegel (16) in Art einer Verzahnung ineinander. Dabei wird der Ausklinkung (26) des einen Tiegels eine entsprechende Ausklinkung im Stirnbereich des nachfolgenden Tiegels deckungsgleich angepaßt. Eine entsprechende Ausklinkung des Tiegels (16) der Fig. 2 bis 4 weist das Bezugszeichen (30) auf. In order to line up the crucibles ( 16 ) arranged in the outer tube ( 12 ) and to form them as a unit in such a way that they cannot be rotated relative to one another, the abutting crucibles ( 16 ) interlock in the manner of a toothing. The notch ( 26 ) of the one crucible is matched to a corresponding notch in the end region of the subsequent crucible. A corresponding notching of the crucible ( 16 ) of FIGS. 2 to 4 has the reference symbol ( 30 ).

Ferner sind die Ausklinkungen (30) der Tiegel (16) derart aufeinander ausgerichtet, daß die Bodenfläche (20) der aufeinanderfolgenden Tiegel (16) versetzt zueinander verlaufen, und zwar um einen Winkel, der im Bereich zwischen 30° und 60° liegt, vorzugsweise jedoch bei 45°. Furthermore, the notches ( 30 ) of the crucibles ( 16 ) are aligned with one another in such a way that the bottom surface ( 20 ) of the successive crucibles ( 16 ) are offset from one another, preferably by an angle which is in the range between 30 ° and 60 ° however at 45 °.

Sind die Tiegel (16) untereinander durch die Verzahnung gegen ein Verdrehen gesichert, so werden die Tiegel (16), die die Auskleidung (14) in Form eines Innenrohres bilden, gegen ein Verdrehen gegenüber dem Außenrohr dadurch gesichert, daß eine axiale Federvorspannung erfolgt. Dies ist beispielhaft in Fig. 1 eingezeichnet (Bezugszeichen 32). Das Außenrohr (12) ist des weiteren gleichfalls vorzugsweise über Federelemente (34) und (36) gegen ein Festlager (38) bzw. ein Loslager (40) vorgespannt, um auf diese Weise sicherzustellen, daß das Außenrohr (12) im erforderlichen Umfang unabhängig von den auftretenden temperaturbedingten Ausdehnungen gedreht werden kann. If the crucibles ( 16 ) are secured against twisting by the toothing, the crucibles ( 16 ), which form the lining ( 14 ) in the form of an inner tube, are secured against twisting with respect to the outer tube by an axial spring preload. This is shown by way of example in FIG. 1 (reference number 32 ). The outer tube ( 12 ) is also preferably also biased via spring elements ( 34 ) and ( 36 ) against a fixed bearing ( 38 ) or a floating bearing ( 40 ), in order to ensure that the outer tube ( 12 ) is independent to the extent necessary can be rotated by the occurring temperature-related expansions.

Die über das Zufuhrrohr (18) dem Drehrohrofen (10) zugeführten Teilchen werden durch Drehen des Außenrohres (17) und damit durch das Mitbewegen des Innenrohres (14) von Tiegel (16) zu Tiegel (16) befördert. The particles fed to the rotary tube furnace ( 10 ) via the feed tube ( 18 ) are conveyed from the crucible ( 16 ) to the crucible ( 16 ) by rotating the outer tube ( 17 ) and thus by moving the inner tube ( 14 ).

Am Ausgang des Rohrofens (10) befindet sich ein Auffangbehälter (42), in dem die kalzinierten Brennstoffteilchen oder gesinterten Brennstoffkerne aufgefangen werden. At the outlet of the tube furnace ( 10 ) there is a collecting container ( 42 ) in which the calcined fuel particles or sintered fuel cores are collected.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung von Brennstoffkernen für Hochtemperatur- Reaktor-Brennelemente, dadurch gekennzeichnet, daß die getrockneten Brennstoffteilchen, gefertigt nach einem trocken- oder naßchemischen Verfahren, beiden Fertigungsschritten Kalzinieren, Reduzieren und Sintern in einem Drehrohrofen mit integrierten Tiegelformteilen (Kaskaden) senkrecht zur Ofenachse bewegt werden und die Tiegelformteile bodenseitig Durchbrechungen (Ausschnitte) zum Durchtritt der Teilchen aufweisen und aufeinanderfolgend versetzt angeordnet sind. 1. A process for the production of fuel cores for high-temperature reactor fuel elements, characterized in that the dried fuel particles, produced by a dry or wet chemical process, two manufacturing steps calcining, reducing and sintering in a rotary kiln with integrated crucible shaped parts (cascades) perpendicular to the furnace axis are moved and the crucible shaped parts have openings (cutouts) on the bottom for the passage of the particles and are successively offset. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen in einer Menge durch den Kaskaden-Drehrohrofen geführt werden, daß das Volumen der Teilchen sich zum Volumen des von den Kaskaden umgebenen Raumes verhält wie 1 : 2 bis 1 : 4, vorzugsweise 1 : 3. 2. The method according to claim 1, characterized in that the Particles are passed through the cascade rotary kiln in an amount that the volume of the particles becomes the volume of that of the cascades surrounding space behaves like 1: 2 to 1: 4, preferably 1: 3. 3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausschnitt (24) eine Fläche von weniger als 50% der Bodenfläche des Tiegelformteils (16) bildet und außerhalb der Längsachse (28) verläuft. 3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the cutout ( 24 ) forms an area of less than 50% of the bottom surface of the crucible molding ( 16 ) and extends outside the longitudinal axis ( 28 ). 4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Tiegel (16) verzahnt ineinander greifen. 4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that the successive crucibles ( 16 ) interlock with each other. 5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (24) sich bis zur Tiegelumfangswandung (18) erstreckende Ausschnitte sind. 5. Device according to claims 1 to 4, characterized in that the openings ( 24 ) extending to the crucible peripheral wall ( 18 ) are cutouts. 6. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinandergereihten Tiegel (16) in Längsrichtung federvorgespannt sind. 6. Device according to claims 1 to 5, characterized in that the aligned crucibles ( 16 ) are spring-biased in the longitudinal direction. 7. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Tiegel (16) gegenüber dem Rohr (12) verdrehgesichert ist. 7. Device according to claims 1 to 6, characterized in that at least one crucible ( 16 ) with respect to the tube ( 12 ) is secured against rotation. 8. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschnitte (24) von aufeinanderfolgenden Tiegeln (16) um einen Winkel α mit 30° ≤ α ≤ 60° gegeneinander versetzt verlaufen. 8. Device according to claims 1 to 7, characterized in that the cutouts ( 24 ) of successive crucibles ( 16 ) offset by an angle α with 30 ° ≤ α ≤ 60 °. 9. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschnitte (24) eines jeden Tiegels (16) gleich groß sind. 9. Device according to claims 1 to 8, characterized in that the cutouts ( 24 ) of each crucible ( 16 ) are of the same size. 10. Vorrichtung zum Kalzinieren der getrockneten Teilchen nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrohrofen (10) für eine Betriebstemperatur von etwa 400°C ausgelegt ist und das Rohr (12) und die Tiegelformteile (16) aus den üblichen rostfreien Stählen bestehen, die für den Einsatz unter Luft in diesem Temperaturbereich eingesetzt werden. 10. Apparatus for calcining the dried particles according to claims 1 to 9, characterized in that the rotary kiln ( 10 ) is designed for an operating temperature of about 400 ° C and the tube ( 12 ) and the crucible shaped parts ( 16 ) made of the usual stainless steels exist that are used for use in air in this temperature range. 11. Vorrichtung zum Reduzieren/Sintern der kalzinierten Teilchen nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrohrofen (10) für eine Betriebstemperatur von ca. 1700°C ausgelegt ist und zur Herstellung des Rohres (12) und der Tiegelformteile (16) Molybdän oder Wolfram verwendet wird. 11. A device for reducing / sintering the calcined particles according to claims 1 to 10, characterized in that the rotary kiln ( 10 ) is designed for an operating temperature of approximately 1700 ° C and for the production of the tube ( 12 ) and the crucible shaped parts ( 16 ) Molybdenum or tungsten is used.