DE1949989A1 - Traeger fuer Uranoxid-Pellets - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE Dipl.-Ing. EIDENEIER DipL-Chem. Dr. RUFF DipL-Ing. J. BEIER

7 Stuttgart-1, Neckarstraße 50 Tel. 294507

1. Oktober 196? R/dn

.Anmelderin: United Nuclear Corporation Grasslands Road, Elmsford, State of New York, USA

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Träger für Uranoxid-Pellet3

Die Erfindung betrifft einen Träger für Uranoxid-Pellets für den Entwachsungs- und Sintervorgang bein Verfahren zur Herstellung von Uranoxid-Pellets für den Kernreaktor.

Bei der Herstellung von Uranoxid-Pellets wird zuerst fein vermähl enes oder vorzugsweise mit Hilfe einer Strahlmühle zerkleinertes Ürandioxidpulver mit einem organischen Bindemittel, wie Polyvinylalkohol oder Carbowachs vermischt*, Die Mischung wird dann agglomeriert und unter einem Druck sswischen ca. und 5,6 kg/cm² (30 bis 80 psi) zu zylindrischen Pellets «it ausreichend hoher Frtchfestigkeit, ua den nachfolgenden Behandlungen standzuhalten und feste und haltbare fertige Pellets zu bilden, gepresst. Das für das Pelletisieren verwendete organische

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Bindemittel auß zuerst entfernt werden, um eine stark· Verunreinigung des fertigen Produkts vorwiegend durch Kohlenstoff und Stickstoff zu umgehen. Das Binden!ttel wird Im allgenelnen durch eine Behandlung entfernt, die gewöhlich als "Entwachsen" bezeichnet wird. Diese Behandlung wird bei einer Temperatur von ca. 800° C. unter Verwendung einer Mischung aus Dampf und einer geringen Menge Wasserstoff oder Crack-Aamoniak durchgeführt, wobei die letzteren zur Verhütung einer Oxidation des UO- angewendet werden· Nachdem das Bindemittel entfernt ist,werden die " entwachsten" Pellets bei einer Temperatur von ca. 1650° C. in einer reduzierenden Atmosphäre auf ca· 95% oder mehr der theoretischen Dichte gesintert.

Bei der gewerblichen Herstellung von Uranoxid-Pellet« wird eine große Menge an Pellets innerhalb einer kurzen Zeit entweder automatisch oder halbautomatisch behandelt· Der Bau eines Trägers für die Handhabung der Pellets für das Entwachsen und Sintern wird zu eine» wichtigen Gesichtspunkt einer erfolgreichen gewerblichen Pelletlsler-Anlage für Ur^ .ad-d.

Der Träger nach der Erfindung weist eine metallische Unterlage auf, die gegenüber der korrosiven Umgebung während des Entwachsene und Sin terns der Uranoxid-Pellets beständig Is to Auf der Unterlage ist ein erstes Molybdän-Blech entfernbar angeordnet. Das Blech weist parallele Wellungen mit Vertiefungen zum Halten der Pellets auf. Mindestens ein zusätzliches gewelltes Molybdän-Blech zum Halten von zusätzlichen Pellets ist über dem ersten Blech angeordnet, und wird während des SinterVorganges vorzugsweise durch die Pellets und während des Entwachsungsvorganyges vorzugsweise durch eine Anzahl „von Abstandhaltern, insbesondere Zylindern, aus Molybdän gestützt, deren Durchmesser größer als der der Pellets ist· Für den Sintervorgang können mit Vorteil : ein oder mehrere Molybdän-Bleche über der letzten Pellet-Schicht angeordnet werden, um als Hitzeschild für eine gleichmäßiger® Verteilung der Wärme unter den Pellets su dienen und damit ein

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gleichmäßiger gesintertes Produkt zu schaffen»

Bei Verwendung des erfindungsgeroäßen Trägers fUr den Entwachsungs- und Sintervorgeng können die Uranoxid-Pellets einfach, schonend und mit einem Minimum an Arbeitsaufwand gehandhabt werden. Insbesondere wird bei Anwendung des erfindungsgemäßen Trägers ein außerordentlich gleichmäßig gesintertes Produkt erhalten.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführunqrsformen in Verbindung mit der Zeichnung und den .Ansprüchen. Hierbei können die einzelnen Merkmale Jewells für sich oder zu mehreren bei einer Ausführungsforns der Erfindung verwirklicht sein«,

In der Zeichnung zeigen:

Fig» 1 eine perspektivische Ansicht eines für das Entvcchsen geeigneten Trägers für Oranoxid-PeIlets und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines für das Sintern geeigneten Trägers für die Pellets.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Träger 10, der speziell für Entwachsungsvorgänge eingerichtet ist,.ist ein" Stützblech 11 mit einem geradlinigen flachen-.Hauptkörper 12 und zwei an gegenüberliegenden Seiten der Unterlage 11 angeordneten Brüstungen 13 und 14 vorgesehen. Die Unterlage 11 sollte aus einem Metall gefertigt sein, das bei den Umgebungsbedingungen während des Entwachsungsvorganges im wesentlichen korrosionsbeständig ist. Rostfreier Stahl oder Inconel sind hervorragend geeignet für diesen Zweck. Die Unterlage 11 kann zu der in Fig* I gezeigten Form durch Verformen oder Extrudieren gebracht sein«

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Auf der Unterlage 11 befinden sich zwei rechteckige Molybdän-Bleche 15 und 16 nebeneinander, wobei ihre voneinander abweisenden Süßeren Kanten parallel au. den Brüstungen 13 und*14 angeordnet sind und vorzugsweise an diesen anliegen* Die Molybdän-Bleche sind gewellt, wobei sich im wesentlichen parallele Vertiefungen 17 über die gesamte Länge der Bleche erstrecken» Die _ Vertiefungen 17 sind sum Halten @in@r Vielzahl von Reihen aus Uranoxid-Pellets eingerichtet, wobei jede Reihe von den danebenliegenden Reihen durch einen festen Abstand von ungefähr dem einfachen bis zweifachen Durchmesser der Pellets getrennt ist.

Über der ersten Schicht der Molybdän-Bleche.15*und 16 befinden sich zwei ähnlich gewellte Molybdän-Bleche 18 und 19_C Jedes dieser Bleche ist von seinem entsprechenden benachbarten Blech in vertikaler Richtung durch zwei Walzen aus Molybdän-Zylindern 20, die an den äußersten Vertiefungen der gewellten Bleche angeordnet sind, in einem vertikalen Abstand gehalten, der größer als der Durchmesser der Pellets ist« Die Verwendung der Molybdän-Zylinder schafft über den Pellets einen Raum und* ermöglicht somit das Entweichen von Zersetsungsprodukten während des EntwachsenSc Zwei oder mehr Schichten von ähnlich gewellten Molybdän-Blechen 21 können zum Halten von weiteren Pellets für das Entwachsen vorgesehen sein, wobei jedes Blech von seinem benachbarten oberen und/oder unteren Blech durch MolybdSn-Sylinder 20 getrennt ist.

Das gewellte Molybdän-Blech kann auf jede geeignete Weise hergestellt sein« Es kann beispielsweise aus einem flachen Blech zu der gewünschten Form verformt werden. Die Dicke des gewellten Bleches kann in Abhängigkeit von der Größe der Pellets und von derdarauf ausgeübten Belastung variieren« Da die Wellung das Blech vorteilhafterweise verfestigt, reicht eine Dicke von ca« 2,5 mm zum Handhaben von Pellets normaler Größe aus.

Zum Sintern kann der oben beschriebene Träger verwendet werden. Da beim* Ehtwachsungsvorgang die meisten flüchtigen Stoffe aus

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den Pellets entwichen sind, kann der zwischen den gewellten Blechen durch die Molybdän-Zylinder geschaffene Zwischenrau» wegfallen. Wenn eine Unterlage aus rostfreiem Stahl oder aus Inconel fUr den Entwacheungsvorgang verwendet wurde, kann es weiterhin vorteilhaft sein, die Unterlage durch eine solche aus einem temperaturbeständigeren Material, wie Molybdän, auszutauschen, da das Sintern der Urandioxld-Pellets bei einer erheblich höheren Temperatur, d.h. ca. 1650° C_f durchgeführt wird. Das Austauschen des Trägers kann in einfacher Weise vorgenommen werden, indem jeder der beiden Stapel aus Uranoxid-Pellets auf den gewellten MolybdMn-Blechen"auf eine Molybdän-Unterlage geschoben wird und die Molybdän-Zylinder aus den Vertiefungen an den Kanten der Bleche entfernt werden. Der erhaltene Träger weist nunmehr im wesentlichen die in Fig. 2 dargestellte Form auf. Bei der hier dargestellten Ausführungsform besteht die Unterlage 22 aus Molybdän und hat im wesentlichen die gleiche Gestalt wie die Unterlage des Entwachsungsträgers 10, sie ist jedoch nur ungefähr halb so breit. Die gewellten Bleche 23 sind jetzt lediglich durch die entwachsten Pellets 24 voneinander getrennt.

Zur Bildung eines Hitzeschildes, welches zu einer gleichmäßigeren Verteilung innerhalb des Stapels der Pellets und daher zu einem einheitlicheren Sinterprodukt führt, können ein oder mehrere Lagen aus gewellten Molybdän-Blechen 25 über die oberste Lage von Pel·» lets 26 angeordnet werden. Die als Hitzeschilde verwendeten Molybdän-Bleche können mit Hilfe von Abstandhaltern 27 aus Molybdän voneinander getrennt werden, welche an den vier Ecken und in der Mitte zwischen die Bleche 25 gesetzt sind.

Der erfindungsgemäße Träger kann in modernen automatischen oder halbautomatischen Pelletisier-Anlageri für die Herstellung von keramischen UO₃-Brennstoffelementen verwendet werden. Bei modernen Pelletisier-Anlagen werden UO₂-Pellets kontinuierlich gepresst. Diese Pellets werden dann entweder einzeln oder auf einmal in Form einer Reihe auf die gewellten Bleche gelegt. Ist

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die erforderliche Anzahl von Pellet-Schichten gefüllt, dann wird der Träger sur Entfernung des in den Pellets enthaltenen Bindemittels sum Entwachsungsofen befördert· Im Anschluß an das Entwachsen werden die Stapel der Pellets direkt auf eine neue Unterlage überführt, aus den Stapeln die Abstandhalter aus Molybdän entfernt und das Hitzeschild auf ihnen engebracht» Nach dieser Änderung wird der Träger in den Sinterofen für die erforderliehe Behandlung geführt. Da die Pellets ordentlich in Reihen gelagert sind, 1st die anschließende Handhabung des gesinterten Produktes dementsprechend vereinfacht.

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Claims (6)

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   Patentansprüche

   Träger für Uranoxid-Pellet» für das Entwachsen und Sintern der Pellets, dadurch gekennzeichnet, daß eine unter den Temperaturen und Umgebungsbedingungen bei Entwachsungs- und Sintervorgängen korrosionsbeständige metallische Unterlage (11; 22) vorgesehen ist, auf dieser ein erstes gewelltes MolybdänABlech ( 15, 16) entfernbar angeordnet ist, das im wesentlichen parallele Wellungen mit Vertiefungen (17) zum Halten einer Vielzahl von Uranoxid-Pellets aufweist; mindestens ein weiteres gewelltes Molybdän-Blech (18, 19, 21) mit im wesentlichen parallelen Wellungen zum Halten von zusätzlichen Uranoxid-Pellets vorgesehen ist, und jedes der weiteren Molybdän-Bleche in einem Abstand über und entfernbar von einem unteren Molybdän-Blech angeordnet ist, wobei die Abslände durch die dazwischengelegten Pellets gehalten werden oder durch eine Anzahl von zwischen die Bleche gelegten Abstahdhaltern (20, 27) aus Molybdän, die einen größeren Abstand schaffen als dem Durchmesser der Pellets entspricht.
2. 2. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Unterlage aus rostfreiem Stahl (11) oder Molybdän (22) besteht.
3. 3. Träger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Unterlage (11) einen im wesentlichen flachen geradlinigen Hauptkörper (12) aufweist, an dem an den entgegengesetzten Seiten zwei Brüstungen (13 und 14) vorgesehen sind.

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4. 4. Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (20, 27) für die gewellten Bleche Molybdän-Zylinder sind, deren Durcnnesser größer ist als der Durchmesser der Pellet», und daß mindestens einige der Molybdln-Zylinder auf den den Ken- < ten der Bleche benachbarten Wellungen angeordnet sind«
5. 5. Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (10) zum Halten der Pellets für den Entwachsungsvorgang mindestens drei Lagen aus gewellten Molybdän-Blechen ( 15, 18, 21) aufweist.
6. 6. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn-

   zeichnet, daß der Träger zum Halten der Pellets für den Sintervorgang mindestens fünf Lagen aus gewellten Molybdän-Blechen (23, 25) aufweist, wobei mindestens das die oberste Lage bildende Molybdän-Blech (25) keine Pellets trägt und die Pellets tragenden Bleche jeweils durch die Pellets voneinander getrennt sind·

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