DE2344618A1

DE2344618A1 - Verfahren und vorrichtung zum zerkleinern von wiederaufzuarbeitenden brenn- und/ oder brutelementen fuer kernreaktoren

Info

Publication number: DE2344618A1
Application number: DE19732344618
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Wolf
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1973-09-05
Filing date: 1973-09-05
Publication date: 1975-03-27
Also published as: FR2242751B1; JPS5053797A; GB1468696A; FR2242751A1

Description

Kernforschungsanlage Julien Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Verfahren und Vorrichtung zum Zerkleinern von wiederaufzuarbeitenden Brenn- und/oder Brutelementen für Kernreaktoren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zerkleinern von wiederaufzuarbeitenden, für Kernreaktoren bestimmten Brenn- und/ oder Brutelementen, deren Brenn- und/oder Brutstoff in Graphitmasse eingebettet ist und die nach der Zerkleinerung ,einem Verbrennungsprozeß in einem Wirbelschichtofen unterworfen werden sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung findet in erster Linie dort Anwendung, wo als erste Teilschritte vor dem eigentlichen Wiederaufbereitungsverfahren ein mechanisches Zerstören der verbrauchten Brenn- und/oder Brutelemente und ein Abbrennen der die Brenn- und/oder Brutstoffe umgebenden Graphitmasse vorgenommen werden. Für den Verbrennungsprozeß hat sich die Behandlung in einem Wirbelschichtofen als besonders geeignet erwiesen. Ein Wirbelschichtofen verlangt aber, daß das ihm zugeführte Gut eine bestimmte, dem Wirbelschichtverfahren angepaßte Korngröße aufweist. Mit den herkömmlichen, bisher eingesetzten Zerkleinerungseinrichtungen, wie Backenbrechern, Hammermühlen und/oder Walzenbrechern kann diese Korngröße nur in mehreren aufeinanderfolgenden Zerkleinerungsschritten erreicht werden. Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere dann, wenn Brenn- und/oder Brutelemente zerstört werden sollen, bei denen die Brenn- und/oder Brutstoffe in Graphitstäben oder Graphitblöcken von etwa prismatischer Form eingelagert sind. Die für solche Blöcke notwendigen Maulweiten der Zerkleinerungsmaschinen bedingen nachteilig schwere und teure Maschinen in der ersten Zerkleinerungsstufe und außerdem eine erhebliche Anzahl

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weiterer Verarbeitungsschritte bis die Brennelementenbruchstücke die erforderliche Korngröße erreicht haben. Von großen Nachteil ist außerdem, daß die Brennelemtenblöcke bei ihrer Zerkleinerung insbesondere bei Verwendung von Backenbrechern in plattenartige Teile zerbrechen, die die Durchführung der nachfolgenden Zerkleinerungsvorgänge erheblich erschweren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Zerkleinerung von Brenn- und/oder Brutelementen für Kernreaktoren zu schaffen, bei dem die Anzahl der notwendigen Zerkleinerungsaggregate und die Anzahl der entsprechend den Zerkleinerungsschritten zwischengeschalteten Sieb- und Transporteinrichtungen erheblich reduziert wird. Das Verfahren soll ein Zerkleinern der Brenn- und/oder Brutelemente in die für die Weiterverarbeitung optimal geeignete Korngröße in wenigen Arbeitsschritten ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Zerkleinern der Brenn- und/oder Brutelemente durch Zerfräsen erfolgt. Durch Fräsen kann die im nachfolgenden Verbrennungsvorgang erforderliche Korngröße ohne weiteres erreicht werden. Dabei werden die beim Präsvorgang üblicherweise als Abfallprodukt entstehenden Prässpäne als Endprodukt des Zerkleinerungsverfahrens verwertet und dem nachfolgenden Verbrennungsofen zugeführt .

Das erfindungsgemäße Zerkleinerungsverfahren kann vorteilhaft in einem Schritt durchgeführt werden, wobei die Brennelementenstäbe oder Brennelementenblöcke unmittelbar auf die dem Verbrennungsverfahren im Wirbelschichtofen angepaßte Korngröße zerfräst werden.

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Je nach Beschaffenheit der wiederaufzuarbeitenden Brenn- und/oder Brutelemente kann es zweckmäßig sein, nach dem Zerfrasen eine Feinmahlung des Gutes vorzunehmen. Die Brenn- und/oder Brutelemente werden dann durch Zerfräsen zunächst nur grob zerkleinert und erst in einem späteren Arbeitsgang auf die dem Verbrennungsverfahren angepaßte Korngröße verarbeitet.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßeη Verfahrens ist eine Anlage vorgesehen, die mit einer Zerkleinerungseinrichtung und mit einem als Wirbelschichtofen ausgebildeten Verbrennungsofen ausgerüstet ist, der in Transportrichtung des zu zerkleinernden Gutes gesehen der Zerkleinerungseinrichtung folgt, wobei die Zerkleinerungseinrichtung erfindungsgemäß mindestens ein mit Schneidzähnen versehenes Präswerkzeug aufweist und ein die Brenn- und/oder Brutelemente gegen die angreifenden Schneidkräfte des Fräswerkzeuges verspannendes Widerlager vorgesehen ist. In der erfindungsgemäßen Anlage werden die Brenn- und/oder Brutelemente in der Form, in der sie den Kernreaktoren entnommen werden, verarbeitet. Das Fräswerkzeug zerspant die Brennelementenblöcke vorteilhaft in einem Arbeitsschritt bis zu der Korngröße, die dem nachfolgenden VerbrennungsVorgang im Wirbelschichtofen optimal angepaßt ist. Als geeignete Fräswerkzeuge kommen alle Schneidwerkzeuge mit scharfen Zähnen oder mit an diesen angeordneten Messern zum Abheben von Spänen in Betracht. Die Erfindung läßt sich sowohl mit umlaufenden Fräsern bei radialer oder axialer Anordnung der Schneidzähne als auch mit feststehenden Fräserschneiden, an denen die Brennelemente vorbeigeführt werden, verwirklichen.

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Eine besonders vorteilhafte Zerkleinerungsanlage ist gemäß der Erfindung dadurch gegeben, daß das Präswerkzeug aus mindestens einer mit Schneidzähnen versehenen, drehend angetriebenen Fräswalze besteht, deren Drehsinn der Transportrichtung des zu zerkleinernden Gutes entgegengesetzt gerichtet ist. Mit dieser Anordnung lassen sich relativ hohe Schnittgeschwindigkeiten erreichen. Außerdem wird insbesondere bei Verwendung mehrerer Walzen für das Schneidwerkzeug ein Blockieren der bewegten Teile vermieden.

Zur Verringerung der Antriebsleistung je Präswalze ist zweckmäßigerweise ein Fräswerkzeug vorgesehen, das aus zwei Walzenpaaren besteht, die in Transportrichtung des Gutes gesehen hintereinander so angeordnet sind, daß das erste Walzenpaar nur einen Teilbereich des Querschnittes der Brenn- und/oder Brutelemente, das nachfolgende Walzenpaar den restlichen Teil des Querschnittes zerfräst. Vorteilhaft ist dabei erfindungsgemäß das erste Walzenpaar in einem in Tranpsortrichtung des Gutes gerichtetem Drehsinn, das zweite Walzenpaar in entgegengesetztem Drehsinn angetrieben. Bei dieser Antriebsart der Fräswalzenpaare lassen sich die Hauptschnittkräfte weitgehend gegeneinander aufheben, was zu einer erheblichen Entlastung der Widerlager führt.

In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Schneidzähne auf der Oberfläche der Fräswalzen nach Art einer oder mehrerer Gewindegänge angeordnet. Mit der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsanlage läßt sich die für den Verbrennungsvorgang im Wirbelschichtofen gewünschte Korngröße praktisch in einem Arbeitsschritt erreichen. Je nach Materialeigenschaft kann es zweckmäßig sein, der oder den Fräswalzen ein Feinmahlwerk nachzuschalten.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

Pig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Zerkleinerungseinrichtung der erfindungsgemäßen Anlage in schematischer Darstellung

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit

zwei Fräswalzenpaaren in schematischer Dar-. stellung

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Fräswalzen nach Fig. 1 oder Fig. 2

Die Zerkleinerungseinrichtung gemäß Fig. 1 weist zwei Fräswal-

ej>· zen 1 und 2 und eine als Widerlager 3 ausgebildete Haltung 4 für die den Fräswalzen 1 und 2 zuzuführenden Brennelementen 5 auf. Die Halterung ¹J ist in ihrer geometrischen Form dem Querschnitt der zu verarbeitenden Brennelemente 5 angepaßt und daher im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem sechskantigen Hohlstab gefertigt. Die den Fräswalzen 1 und 2 zugekehrte Seite 6 der Halterung 4 ist so ausgebildet, daß zwischen Halterung ¹J und den Oberflächen der Fräswalzen 1 und 2 ein etwa gleichmäßiger Abstand gegeben ist.

An jeweils gegenüberliegenden Seiten der Halterung 4 befinden sich Aussparungen 7 bis Io, durch die hindurch Vorschubeinrichtungen 11 bis lH geführt sind, die direkt mit der Oberfläche der Brennelemente 5 in Berührung stehen. Die Fräswalzen

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1 und 2 sind um ortsfeste Achsen 15 und 16 drehbar gelagert und stehen mit einem Antrieb in Verbindung, der den Präswalzen 1 und 2 einen Drehsinn 17, 18 erteilt, der der Transportrichtung 19 der Brennelemente 5 entgegengesetzt gerichtet ist. Die Präswalzen 1 und 2 werden umgeben von einem Behälter 2o, der in seinem unteren Teil mit einem Auslaß 21 für die Frässpäne vorgesehen ist.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Als Fräswerkzeug sind vier Fräswalzen 22 bis 25 eingesetzt, von denen je zwei Präswalzen ein Walzenpaar 22, 23 und 24, 25 bilden. Die Walzenpaare sind in Transportrichtung 19 des Gutes gesehen hintereinander angeordnet. Jedes Walzenpaar zerfräst nur einen Teilquerschnitt der Brennelemente. Die Fräswalzenpaare werden gegenläufig angetrieben,wobei der Drehsinn des ersten Walzenpaares 22, 23 in Transportrichtung 19 des Gutes, der Drehsinn des zweiten Walzenpaares 24, 25 entgegengesetzt gerichtet ist.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fräswalze dargestellt. Bei dieser Präswalze 26 sind die Schneidzähne 27 auf der Walzenoberfläche vorteilhaft nach Art einer oder mehrerer Gewindegänge angeordnet.

Der Zerkleinerungseinrichtung werden die zu verarbeitenden Brennelementenstäbe 5 über die Halterung 4 zugeführt und von dehner Oberfläche der Brennelemente 5 angreifenden Vorschubeinrichtungen 8 gegen die Fräswalzen 1 und 2 gedrückt. Die von den Fräswalzen 1 und 2 abgearbeiteten Frässpäne werden nach außen getragen und im Behälter 2o gesammelt. Von hier aus gelangen sie über den Ablauf 21 entweder direkt zum Wirbelschichtofen oder, wenn dem Fräsvorgang noch eine Feinmahlung folgt, in ein hierfür geeignetes Feinmahlwerk.

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Claims

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Kernforschungsanlage Jülich Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Patentansprüche

1. Verfahren zum Zerkleinern von wiederaufzuarbeitenden, für Kernreaktoren bestimmten Brenn- und/oder Brutelementen, deren Brenn- und/oder Brutstoff in Graphitmasse eingebettet ist und die nach der Zerkleinerung einen Verbrennungsprozeß in einem Wirbelschichtofen unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerung der Brenn- und/oder Brutelemente durch Zerfrasen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zerfrasen eine Feinmahlung des Gutes vorgenommen wird.

3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Zerkleinerungseinrichtung und mit einem als Wirbelschichtofen ausgebildeten Verbrennungsofen, der in Transport-

zu
richtung des zerkleinernden Gutes gesehen der Zerkleinerungseinrichtung nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerungseinrichtung mindestens ein mit Schneidzähnen (27) versehenes Fräswerkzeug (1, 2) aufweist und daß ein die Brenn- und/oder Brutelemente (5) gegen die angreifenden Schneidkräfte des Fräswerkzeuges verspannendes Widerlager (3) vorgesehen ist.

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¹J. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fräswerkzeug aus mindestens einer mit Schneidzähnen (27) versehenen, drehend angetriebenen Präswalze
(1,2,26) besteht, deren Drehsinn (17,18) der Transportrichtung (19) des zu zerkleinernden Gutes entgegengesetzt gerichtet ist.

5. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fräswerkzeug aus zwei Walzenpaaren

(22,23j2h,25) besteht, die in Transportrichtung (19) des Gutes gesehen hintereinander so angeordnet sind, daß das erste
Walzenpaar (22,23) nur einen Teilbereich des Querschnittes
der Brenn- und/oder Brutelemente, das nachfolgende Walzenpaar (24,25) den restlichen Teil des Querschnittes zerfräst.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Walzenpaar (22,23) in einem in Transportrichtung (19) des Gutes gerichteten Drehsinn, das zweite
Walzenpaar in entgegengesetzem Drehsinn angetrieben ist.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch g e kennzeichnet, daß die Schneidzähne (27) auf der
Oberfläche der Fräswalze (26) nach Art eines oder mehrerer Gewindegänge angeordnet sind.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der oder den Fräswalzen ein
Feinmahlwerk nachgeschaltet ist.

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