RU2158030C2

RU2158030C2 - Method and apparatus for fabrication of tabletted fuel for heat- generating elements

Info

Publication number: RU2158030C2
Application number: RU98120684/06A
Authority: RU
Inventors: В.Л. Афанасьев; В.В. Рожков; Ю.В. Забелин; А.Л. Костин; П.И. Лавренюк; Ю.К. Бибилашвили; И.Г. Чапаев; В.И. Батуев; С.Ю. Сайфутдинов; Е.А. Филиппов; Н.А. Бычихин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"; Открытое акционерное общество "ТВЭЛ"
Priority date: 1998-11-18
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2000-10-20

Abstract

FIELD: solid fuels. SUBSTANCE: uranium dioxide powder prepared from ammonium diuranate by wet reductive conversion method avoiding compaction operation is mixed with zinc stearate (dry binder) in inert gas medium and with uranium oxide U₃O₈ prepared from tablet waste after thermal air oxidation. Resulting mixture is pressed and sintered in reductive medium, after which polished in wet state by a set of diamond wheels with polishing surfaces selected according to formulas and dried. Imperfect tablets are discarded. Apparatus contains units for: uranium oxide and zinc stearate mixing, tablet pressing, tablet sintering, wet polishing, drying, and refuse processing, Tablet sintering unit is provided with mobile box serving as accumulator of boats with tablets and having tunnel furnace docking assembly. In wet polishing unit, diamond-coated wheel is dismountable and consists of four wheels with graininess from coarse to fine. EFFECT: increased yield of accepted tablets and reduced dust formation. 10 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к атомной промышленности и может найти применение на предприятиях изготовления таблетированного топлива из диоксида урана (UO₂) для тепловыделяющих элементов ядерных реакторов.The invention relates to the nuclear industry and may find application in enterprises for the manufacture of pelletized fuel from uranium dioxide (UO ₂ ) for fuel elements of nuclear reactors.

Известно, что таблетки диоксида урана UO₂ являются одной из основных составляющих тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), в значительной степени определяющих их работоспособность, поэтому к ним предъявляются достаточно жесткие требования по многим показателям. Некоторые требования к таблеткам для ядерных реакторов различного типа и, работающих в разных режимах, отличаются друг от друга, но большинство основных требований являются общими. Получение в производственных условиях таблеток, полностью удовлетворяющих требованиям технических условий (ТУ), довольно непростая задача, поскольку их качество зависит от ряда факторов и, в первую очередь, от качества исходных порошков UO₂. Получаемые по разным технологиям порошки диоксида урана UO₂ существенно отличаются друг от друга не только по свойствам, но и по стабильности этих свойств. Поэтому в каждом случае требуется отработка своей технологии с учетом свойств используемых порошков диоксида урана UO₂.It is known that tablets of uranium dioxide UO ₂ are one of the main components of fuel elements (fuel elements), which largely determine their performance, so they are subject to quite stringent requirements in many respects. Some tablet requirements for nuclear reactors of various types and operating in different modes differ from each other, but most basic requirements are general. Obtaining tablets in production conditions that fully meet the requirements of technical conditions (TU) is a rather difficult task, since their quality depends on a number of factors and, first of all, on the quality of the initial UO ₂ powders. Obtained by different technologies, powders of uranium dioxide UO ₂ significantly differ from each other not only in properties, but also in the stability of these properties. Therefore, in each case, the development of its own technology is required taking into account the properties of the used uranium dioxide powders UO ₂ .

Известен способ получения таблетированного ядерного топлива, включающий подготовку порошков путем смешения компонентов порошка, смешения со связующим, предварительного уплотнения, грануляции и подготовки гранул для прессования, прессования и спекания (см. патент США N 4436677, кл G 21 С 21/00, 1982 г.). A known method of producing pelletized nuclear fuel, including the preparation of powders by mixing the components of the powder, mixing with a binder, pre-compaction, granulation and preparation of granules for pressing, pressing and sintering (see US patent N 4436677, CL 21 21/00, 1982 g .).

Недостатком способа является большое количество пылящих операций при подготовке порошка (уплотнение, прессование, грануляция), что приводит к серьезным затруднениям при приготовлении ядерного топлива с точки зрения экологии и потерям ядерного топлива через вентиляцию. The disadvantage of this method is the large number of dusting operations in the preparation of the powder (compaction, pressing, granulation), which leads to serious difficulties in the preparation of nuclear fuel from an environmental point of view and the loss of nuclear fuel through ventilation.

Дополнительные операции по уплотнению порошка удлиняют технологический процесс, снижают производительность и повышают себестоимость изготовления таблеток. Additional powder compaction operations lengthen the process, reduce productivity and increase the cost of manufacturing tablets.

Известен способ изготовления таблеток ядерного топлива, где для изготовления спекаемых таблеток мелкодисперсный порошок диоксида урана UO₂ смешивают с порошком оксида урана U₃O₈, а реакционный и мелкодисперсный оксид U₃О₈ получают путем окисления на воздухе UO₂ при температуре менее 800^oC (см. патент ЕПВ (ЕР) N 0249549 от 16.12.87 г. МКИ G 21 С 3/62). В способе использован диоксид UO₂, полученный сухим методом, а способ изготовления таблеток основан на основе оксида урана, т.е. основная масса смешиваемых порошков это оксид U₃O₈ и к нему вносится добавка диоксида UO₂.A known method of manufacturing tablets of nuclear fuel, where for the manufacture of sintered tablets, fine powder of uranium dioxide UO _{2 is} mixed with a powder of uranium oxide U ₃ O ₈ , and the reaction and fine oxide U ₃ O _{8 is} obtained by oxidation in air UO ₂ at a temperature of less than 800 ^o C (see patent EPO (EP) N 0249549 from 12.16.87, MKI G 21 C 3/62). The method uses UO ₂ dioxide obtained by the dry method, and the method for producing tablets is based on uranium oxide, i.e. the bulk of the mixed powders is U ₃ O ₈ oxide and an addition of UO ₂ dioxide is added to it.

К недостаткам диоксида урана UO₂, полученного сухим методом, следует отнести то, что в процессе изготовления UO₂ в нем присутствует фтор, который вступает в реакцию с материалом оболочки ТВЭЛа - цирконием, разрушает ее и, как следствие, не исключена разгерметизация ТВЭЛа в ядерном реакторе, а изготовление таблеток на основе оксида U₃O₈ с добавлением UO₂ не позволит достичь требуемой плотности таблеток, так как при восстановлении U₃O₈ до UO₂ при спекании тело таблеток будет крупнопористым из-за газовыделения (Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. /Под ред. Ф.Г.Решетникова. М.: Энергоатомиздат, 1995 г. Книга 1, стр.151).The disadvantages of uranium dioxide UO ₂ obtained by the dry method include the fact that in the process of manufacturing UO ₂ fluorine is present in it, which reacts with the material of the fuel rod shell - zirconium, destroys it and, as a result, the depressurization of the fuel element in nuclear reactor, and the manufacture of tablets based on U ₃ O ₈ oxide with the addition of UO ₂ will not allow achieving the required tablet density, since when reducing U ₃ O ₈ to UO ₂ during sintering, the body of the tablets will be large-porous due to gas evolution (Development, production and use of Nation of fuel elements of power reactors. / Under the editorship of F.G. Reshetnikov. M: Energoatomizdat, 1995. Book 1, p. 151).

Известен способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов, включающий подготовку порошка диоксида урана UO₂, смешения его с сухим связующим, прессование и удаление связующего со спеканием в газообразной восстановительной среде (патент GB N 2320800 от 01.07.98 г., МКИ G 21 С 3/62, 50с.).A known method for the manufacture of pelletized fuel for fuel elements, including the preparation of uranium dioxide powder UO ₂ , mixing it with a dry binder, pressing and removing the binder with sintering in a gaseous reducing medium (patent GB N 2320800 from 01.07.98, MKI G 21 C 3 / 62, 50s.).

По известному способу подготовку порошка диоксида урана UO² осуществляют через уплотнения прессованием, грануляцией, окислением до U₃O₈, восстановлением в среде водорода до UO₂ и измельчением. В качестве сухого связующего используют стеариновую кислоту, а спекание осуществляют при 1750^oC в среде водорода.According to the known method, the preparation of uranium dioxide powder UO ^{2 is} carried out through compaction by pressing, granulation, oxidation to U ₃ O ₈ , reduction in the medium of hydrogen to UO ₂ and grinding. As a dry binder, stearic acid is used, and sintering is carried out at 1750 ^° C. in a hydrogen medium.

Недостатком известного способа является то, что подготовка порошка через его уплотнение требует проведения дополнительных операций прессования, грануляции, измельчения, а операция окисления требует дополнительной операции восстановления в среде водорода. Проведение дополнительных операций ведет к повышению экологической опасности производства из-за пыления и снижению производительности. Известный способ неполно характеризует сущность изобретения, т.к. в нем не отражен ряд операций, имеющихся в заявленном способе. The disadvantage of this method is that the preparation of the powder through its compaction requires additional operations of pressing, granulation, grinding, and the oxidation operation requires an additional reduction operation in a hydrogen medium. Additional operations lead to an increase in the environmental hazard of production due to dusting and a decrease in productivity. The known method does not fully characterize the essence of the invention, because it does not reflect a number of operations available in the claimed method.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов, включающий подготовку пресс-порошка диоксида урана UO₂, обогащенного ураном 235 до 2-5%, смешение с сухим связующим - стеаратом цинка [Zn (C₁₇H₃₅COO)₂] и с порошком оксида урана U₃O₈ прессование со смазкой в матрице, термическое удаление связующего, спекание таблеток в газообразной восстановительной среде, мокрое шлифование алмазным кругом таблеток, сушку и отбраковку бракованных таблеток (Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов./Под ред. Ф.Г.Решетникова. М.: Энергоатомиздат, 1995 г. Книга 1, с. 66-68, 93-94, 94-95, 96-100, 101-102).The closest in technical essence and the achieved effect is a method of manufacturing pelletized fuel for fuel elements, including the preparation of a press powder of uranium dioxide UO ₂ enriched in 235 to 2-5% uranium, mixing with a dry binder - zinc stearate [Zn (C ₁₇ H ₃₅ COO) _2] and uranium oxide powder U ₃ O ₈ from the molding lubricant in a matrix, the thermal removal of the binder, sintering the pellets in a reducing gas medium, wet grinding diamond wheel of tablets, drying and culling defective tablets (gAP failure, production and operation of fuel elements of power reactors./ Ed. by F.G. Reshetnikov, Moscow: Energoatomizdat, 1995. Book 1, pp. 66-68, 93-94, 94-95, 96-100, 101 -102).

В способе-прототипе получение диоксида урана UO₂ через полиуринат аммония (АДУ- процесс) связано с соединением аммоний диуринат. Длительный опыт по этой технологии свидетельствует о том, что получение порошков диоксида UO₂ стабильного качества затруднительно (см. там же Книга 1, стр.66-68).In the prototype method, the preparation of uranium dioxide UO ₂ through ammonium polyurinate (ADU process) is associated with an ammonium diurinate compound. Long experience with this technology indicates that obtaining stable quality UO ₂ dioxide powders is difficult (see Book 1, pp. 66-68).

Поэтому по традиционной схеме подготовку пресс-порошка диоксида урана UO₂, по способу-прототипу осуществляют через уплотнение, включающее прессование брикетов, размалывание их, грануляцию, рассев (см. там же, с. 93 1), 2)-94).Therefore, according to the traditional scheme, the preparation of the press powder of uranium dioxide UO ₂ , according to the prototype method, is carried out through compaction, including pressing briquettes, grinding them, granulation, sieving (see ibid., P. 93 1), 2) -94).

Недостатком подготовки пресс-порошка способа-прототипа является то, что требуются дополнительные операции уплотнения, а дополнительные операции приводят к снижению производительности, повышению экологической опасности производства из-за пыления. Операция смешения в способе-прототипе включает смешение порошка диоксида урана UO₂ со связующим веществом - стеаратом цинка [Zn(C₁₇H₃₅COO)₂] (см.там же с. 94).The disadvantage of preparing the press powder of the prototype method is that additional compaction operations are required, and additional operations lead to a decrease in productivity, an increase in the environmental hazard of production due to dusting. The mixing operation in the prototype method involves mixing a powder of uranium dioxide UO ₂ with a binder - zinc stearate [Zn (C ₁₇ H ₃₅ COO) ₂ ] (see also p. 94).

От равномерности смешения порошка диоксида урана UO₂ со связующим - стеаратом цинка [Zn(C₁₇H₃₅COO)₂] и от его (стеарата цинка количества, в смеси порошка диоксида урана UO₂, зависит качество таблеток.The quality of the tablets depends on the uniformity of mixing the powder of uranium dioxide UO ₂ with a binder - zinc stearate [Zn (C ₁₇ H ₃₅ COO) ₂ ] and on it (the amount of zinc stearate in the mixture of uranium dioxide powder UO ₂ ).

Количество связующего, в зависимости от способа подготовки пресс-порошка, составляет 4-10%. При недостатке связующего затрудняется прессование таблеток из-за увеличения трения как внутри самого порошка, так и между порошком и матрицей пресс-формы. Это приводит к уменьшению плотности прессованных таблеток. При этом также увеличиваются усилия выталкивания таблеток из пресс-формы, что может явиться причиной зарождения в таблетках таких дефектов как трещины и сколы. The amount of binder, depending on the method of preparation of the press powder, is 4-10%. With a lack of a binder, pressing tablets is difficult due to increased friction both inside the powder itself and between the powder and the mold matrix. This leads to a decrease in the density of compressed tablets. At the same time, the forces of pushing the tablets out of the mold also increase, which can cause the formation of defects such as cracks and chips in the tablets.

Увеличение связующего снижает плотность спрессованных таблеток по другой причине - за счет объема связующего. Большое количество связующего испаряясь, при нагревании таблеток, затрудняет их спекание и получение требуемой высокой плотности. Кроме того, со связующим вводится значительное количество углерода, часть которого может оставаться в спеченных таблетках, ухудшая работоспособность ТВЭЛов (см. там же стр. 95). Именно оставшийся углерод приводит к распуханию таблеток, что не исключает разгерметизации ТВЭЛа в ядерном реакторе. Те же самые дефекты таблеток вызовет и неравномерное распределение связующего в пресс-порошке при неравномерном смешении (см. там же стр. 95). An increase in the binder reduces the density of the compressed tablets for another reason - due to the volume of the binder. A large amount of the binder evaporates when the tablets are heated, making it difficult to sinter and obtain the required high density. In addition, a significant amount of carbon is introduced with the binder, some of which can remain in sintered tablets, impairing the performance of the fuel elements (see ibid. P. 95). It is the remaining carbon that leads to the swelling of the tablets, which does not exclude the depressurization of the fuel element in a nuclear reactor. The same defects in the tablets will also be caused by the uneven distribution of the binder in the press powder during uneven mixing (see ibid., P. 95).

Операция мокрого шлифования спеченных таблеток, с помощью круга с алмазным покрытием (см. там же стр. 101-102, не исключает получение брака таблеток при нарушении размещения таблетки между ведущим и шлифовальным кругами, а также качество шлифованных таблеток зависит от размеров кругов. The operation of wet grinding sintered tablets using a diamond-coated wheel (see ibid., Pp. 101-102) does not preclude getting a tablet defective if the tablet is placed between the drive and grinding wheels, and the quality of the polished tablets depends on the size of the wheels.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для осуществления способа изготовления втулочного таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов, включающее:
- агрегат смешения порошков диоксида урана UO₂ и стеарата цинка;
- агрегат прессования таблеток из смеси порошков диоксида урана UO₂ и стеарата цинка, содержащий матрицу;
- агрегат спекания таблеток, содержащий печь тоннельного типа, имеющую три температурные зоны нагревания и спекания таблеток в восстановительной среде и охлаждения с продвижением лодочек с таблетками через три зоны;
- агрегат мокрого шлифования поверхности таблеток и агрегат сушки (Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов./Под ред. Ф.Г.Решетникова. М.:
Энергоатомиздат, 1995 г. Книга 1, с. 93-95, 98, 99, 101, 102).The closest in technical essence and the achieved effect is a device for implementing a method of manufacturing a sleeve tablet fuel for fuel elements, including:
- a unit for mixing powders of uranium dioxide UO ₂ and zinc stearate;
- a unit for compressing tablets from a mixture of powders of uranium dioxide UO ₂ and zinc stearate containing a matrix;
- a unit for sintering tablets containing a tunnel-type furnace having three temperature zones for heating and sintering tablets in a reducing medium and cooling with the advance of boats with tablets through three zones;
- a unit for wet grinding of the surface of tablets and a drying unit (Development, production and operation of fuel elements of power reactors. / Ed. by F.G. Reshetnikov. M:
Energoatomizdat, 1995. Book 1, p. 93-95, 98, 99, 101, 102).

Благодаря трехзонной тоннельной печи сушка и температурное удаление связующего из таблетки можно осуществлять в первой зоне печи без дополнительной печи сушки таблеток, но тоннельная печь не предусматривает в своей конструкции агрегата накопления сырых таблеток и его необходимой стыковки с тоннельной печью и с агрегатом загрузки сырых таблеток в агрегат накопления, что снижает производительность при изготовлении таблеток. Thanks to the three-zone tunnel kiln, drying and temperature removal of the binder from the tablet can be carried out in the first zone of the kiln without an additional kiln drying the kiln, but the tunnel kiln does not include in its design an aggregate for accumulating raw pellets and its necessary docking with a tunnel kiln and with an aggregate for loading raw pellets into the aggregate accumulation, which reduces the productivity in the manufacture of tablets.

Недостатком агрегата шлифования является то, что шлифование таблеток одним кругом может не обеспечить полноты шлифования, что потребует дополнительного прохода, а это снижает производительность и требуется весьма точная установка опор (верхней и нижней), удерживающих таблетку в зоне шлифования, а иначе возможен брак таблеток при шлифовании. The disadvantage of the grinding unit is that grinding the tablets in one circle may not ensure completeness of grinding, which will require an additional pass, and this reduces productivity and requires very precise installation of supports (upper and lower) that hold the tablet in the grinding zone, otherwise tablets may be discarded if grinding.

В процессе изготовления таблетированного топлива неизбежно получение брака таблеток, который необходимо перерабатывать. В устройстве-прототипе этот агрегат отсутствует. In the process of manufacturing pelletized fuel, it is inevitable to obtain defective tablets, which must be processed. In the prototype device, this unit is missing.

Технической задачей изобретения является повышение производительности, выхода годных, качества таблеток, уменьшения пылеобразования, снижения экологической опасности производства и повышения срока эксплуатации ТВЭЛ в ядерном реакторе. An object of the invention is to increase productivity, yield, tablet quality, reduce dust formation, reduce the environmental hazard of production and increase the life of a fuel rod in a nuclear reactor.

Эта техническая задача решается тем, что в способе изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов, включающем подготовку пресс-порошка диоксида урана UO₂, обогащенного ураном 235 до 2-5%, смешение с сухим связующим - стеаратом цинка [Zn(C₁₇H₃₅COO)₂] и с порошком оксида U₃O₈, прессование со смазкой в матрице, термическое удаление связующего, спекание таблеток в газообразной восстановительной среде, мокрое шлифование таблеток алмазным кругом, сушку и отбраковку, бракованных таблеток;
согласно изобретения в качестве диоксида урана UO₂ применяют порошок диоксида урана UO₂, полученный методом мокрого превращения с восстановлением из диураната аммония (АДУ-процессом), который используют без операций уплотнения (прессования брикетов, дробления, размалывания, просеивания), смешение диоксида урана UO₂ с сухим связующим - стеаратом цинка [Zn(C₁₇H₃₅COO)₂] осуществляют постадийно, где на первой стадии смешивают 5-10 частей от партии порошка диоксида урана UO₂, со всем количеством стеарата цинка, требуемом на партию, на второй стадии полученную смесь смешивают с 5 - 10 частями порошка диоксида урана UO₂ от партии, на третьей стадии полученную смесь смешивают с остальной частью порошка диоксида урана UO₂ и с оксидом урана U₃O₈, полученном после термического окисления воздухом брака таблеток из диоксида урана UO₂ (полученного АДУ-процессом) до оксида урана U₃O₈, в качестве смазки при прессовании таблеток используют стеарат цинка, ранее введенный в пресс-порошок, мокрую шлифовку поверхности таблетки после спекания в восстановительной среде осуществляют набором кругов, алмазное покрытие которых выбирают от грубой зачистки до тонкого шлифования, ширину поверхности всех кругов определяют по формуле:
L=L₁ + H
где L - ширина алмазной поверхности круга,
L₁ - ширина ведущего круга,
Н - высота таблетки,
а в агрегате шлифования поверхности таблеток верхнюю и нижнюю опоры устанавливают по формуле:
X = ⌀ + A + 0,1 мм,
где Х - высота нижней кромки верхней опоры до верхней кромки нижней опоры;
⌀ - диаметр таблетки, мм;
А - максимальный припуск снимаемой за один проход при шлифовании и
X₁ = N - M+ a - M₁,
где X₁ - высота нижней опоры;
N - расстояние от базовой плоскости суппорта до линии центров кругов, мм;
М - расстояние от базовой плоскости суппорта до опорной поверхности опоры;
M₁ - расстояние от линии центров таблеток до линии центров кругов;
а - величина, равная разнице между 1/2 диаметра таблетки и расстоянием от линии движения таблеток до опорной поверхности нижней опоры до кромки опоры нижней, после чего проводят сушку таблеток.This technical problem is solved in that in a method for the manufacture of pelletized fuel for fuel elements, including the preparation of a press powder of uranium dioxide UO ₂ enriched in uranium 235 to 2-5%, mixing with a dry binder - zinc stearate [Zn (C ₁₇ H ₃₅ COO ) ₂ ] and with U ₃ O ₈ oxide powder, pressing with a lubricant in a matrix, thermal removal of a binder, sintering of tablets in a gaseous reducing medium, wet grinding of tablets with a diamond wheel, drying and rejection, defective tablets;
according to the invention, as a uranium dioxide UO _{2, a} powder of uranium dioxide UO ₂ obtained by the method of wet transformation with reduction from ammonium diuranate (ADU process) is used, which is used without compaction operations (pressing briquettes, crushing, grinding, sieving), mixing uranium dioxide UO ₂ with a dry binder - zinc stearate [Zn (C ₁₇ H ₃₅ COO) ₂ ] is carried out in stages, where in the first stage 5-10 parts of a batch of uranium dioxide powder UO ₂ are mixed with the whole amount of zinc stearate required per batch, in the second stages of Scientists mixture was mixed with 5 - 10 parts of uranium dioxide powder of UO ₂ from a party, in a third step the resulting mixture is mixed with the rest of the uranium dioxide powder of UO ₂ and uranium oxide U ₃ O ₈ obtained after thermal air marriage oxidation tablets of uranium dioxide UO ₂ (prepared ROV-process) to U ₃ O _8, uranium oxide, as a lubricant used in the pressing of tablets zinc stearate, previously introduced in the press powder, wet grinding the surface of the tablet after sintering in a reducing atmosphere is carried out a set of circles, diamond which coating is selected from rough grinding to fine cleaning, surface width of laps determined by the formula:
L = L ₁ + H
where L is the width of the diamond surface of the circle,
L ₁ - the width of the driving circle,
H - tablet height,
and in the unit grinding the surface of the tablets, the upper and lower supports are set by the formula:
X = ⌀ + A + 0.1 mm,
where X is the height of the lower edge of the upper support to the upper edge of the lower support;
⌀ is the diameter of the tablet, mm;
And - the maximum allowance removed in one pass during grinding and
X ₁ = N - M + a - M ₁ ,
where X ₁ - the height of the lower support;
N is the distance from the base plane of the caliper to the line of the centers of the circles, mm;
M is the distance from the base plane of the caliper to the support surface of the support;
M ₁ is the distance from the line of centers of tablets to the line of centers of circles;
a is a value equal to the difference between 1/2 of the diameter of the tablet and the distance from the line of movement of the tablets to the supporting surface of the lower support to the edge of the lower support, after which the tablets are dried.

Другими отличиями способа является то, что:
а) количество стеарата цинка, требуемое на партию, составляют 0,2-0,5%;
б) количество порошка регенерированного оксида U₃O₈ применяют до 15% на партию;
в) термическое удаление связующего осуществляют при 400-700^oC;
г) сушку таблеток после шлифования осуществляют в среде азота при температуре 200-300^oC;
д) для окисления бракованных таблеток используют воздух с температурой 500-600^oC.Other differences of the method is that:
a) the amount of zinc stearate required per batch is 0.2-0.5%;
b) the amount of powder of the regenerated oxide U ₃ O _{8 is} used up to 15% per batch;
C) thermal removal of the binder is carried out at 400-700 ^o C;
g) drying of the tablets after grinding is carried out in a nitrogen atmosphere at a temperature of 200-300 ^o C;
d) for the oxidation of defective tablets using air with a temperature of 500-600 ^o C.

Эта техническая задача решается тем, что устройство для осуществления способа изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов включающее: агрегат смешения порошков диоксида урана UO₂ и стеарата цинка; агрегат прессования таблеток из смеси порошков диоксида UO₂ и стеарата цинка, содержащий матрицу; агрегат спекания таблеток, содержащий печь тоннельного типа, имеющую три температурные зоны нагревания и спекания таблеток в восстановительной среде и охлаждения с продвижением лодочек с таблетками через три зоны печи; агрегат мокрого шлифования поверхности таблеток и агрегат сушки; согласно изобретения агрегат спекания таблеток снабжен передвижным боксом-накопителем лодочек с таблетками с узлом стыковки с тоннельной печью, с транспортным средством перемещения лодочек с таблетками внутри бокса-накопителя и передвижным разгрузочным боксом со стыковочным узлом с передвижным боксом-накопителем и агрегатом переработки брака таблеток, содержащем вертикальную печь, сито, узел загрузки бракованных таблеток, узел выгрузки порошка оксида урана U₃O₈ и штуцер ввода в печь газовой окислительной среды.This technical problem is solved in that the device for implementing the method of manufacturing pelletized fuel for fuel elements comprising: a unit for mixing powders of uranium dioxide UO ₂ and zinc stearate; a tablet pressing unit from a mixture of powders of UO ₂ dioxide and zinc stearate containing a matrix; a tablet sintering unit comprising a tunnel type furnace having three temperature zones for heating and sintering the tablets in a reducing medium and cooling, with advancement of the boat with tablets through the three zones of the furnace; wet grinding unit for tablet surface and drying unit; according to the invention, the tablet sintering unit is equipped with a mobile storage box for boats with tablets with a docking unit with a tunnel oven, with a vehicle for moving boats with tablets inside a storage box and a mobile unloading box with a docking unit with a mobile storage box and a tablet recycling unit containing a vertical furnace, a sieve, a defective tablet loading unit, a U ₃ O ₈ uranium oxide powder unloading unit, and a gas inlet gas inlet into the furnace.

Другими отличиями является размещение в агрегате переработки брака внутри вертикальной печи под углом к горизонтальной оси барабана с приводом вращения с соосно размещенной в нем трубы с перфорированной поверхностью ввода в барабан горячей окислительной газообразной среды, сито размещено по образующей барабана, узел загрузки бракованных таблеток сообщен с внутренней полостью барабана, внутри которого размещены продольные ребра, а в нижней части печи размещен узел выгрузки регенерированного оксида урана U₃O₈, выполненный в виде двух параллельных, перекрывающих лопастями друг друга, самоочищающихся шнеков выгрузки и размещение барабана в печи под углом 15 - 30^o к горизонтальной оси.Other differences are placement in the reject processing unit inside a vertical furnace at an angle to the horizontal axis of the drum with a rotation drive with a pipe coaxially placed in it with a perforated surface for introducing hot oxidizing gaseous medium into the drum, the sieve is placed along the drum generatrix, the defective tablet loading unit is communicated from the inside the cavity of the drum, inside which longitudinal ribs are placed, and in the lower part of the furnace there is a site for unloading regenerated uranium oxide U ₃ O ₈ , made in the form of two parallel, overlapping each other with blades, self-cleaning discharge screws and placing the drum in the furnace at an angle of 15 - 30 ^o to the horizontal axis.

Использование в качестве пресс-порошка для изготовления таблеток смеси диоксида урана UO₂ (АДУ-процесса) связующего - стеарата цинка и оксида урана регенерированного U₃O₈ (АДУ-процесса), позволит использовать порошок диоксида урана UO₂ без его уплотнения (прессования брикетов, дробления, размалывания и просеивания), чего ранее нельзя было сделать, снизить при этом экологическую опасность производства за счет уменьшения пылящих операций.The use of a binder mixture of zinc stearate and uranium oxide regenerated U ₃ O ₈ (ADU process) as a press powder for the manufacture of tablets of a mixture of uranium dioxide UO ₂ (ADU process) will allow the use of uranium dioxide powder UO ₂ without compaction (briquetting , crushing, grinding and sieving), which previously could not be done, while reducing the environmental hazard of production by reducing dusting operations.

Повысить кампанию срока эксплуатации ТВЭЛ в ядерном реакторе до 5 лет, вместо 2-3 лет, с повышенным выгоранием за счет того, что:
получаемые порошки U₃O₈ (АДУ-процесса) при окислении UO₂ (АДУ-процесса) обладают хорошей текучестью, необходимой плотностью и удельной поверхностью, а потому, при подшихтовке их к основной массе диоксида урана UO₂ (АДУ-процесса) технологическая характеристика их резко улучшается, соответственно повышается выход годных и качество таблеток при пониженной и стабильной доспекаемости, стабильной равномерной пористости таблеток, оптимальном размере зерна и низком газовыделении в связи с использованием сухого связующего - стеарата цинка;
исключается ввод с диоксидом UO₂ в пресс-порошок фтора, разрушающего оболочку ТВЭЛа, что повысит качество как таблеток, так и ТВЭЛа;
постадийное смешение порошков UO₂, U₃O₈ и стеарата цинка позволит получить равномерно перемешанную структуру пресс-порошка, что исключит брак таблеток при прессовании из-за недостатка или переизбытка связующего - стеарата цинка;
использование связующего - стеарата цинка, ранее введенного в шихту в качестве смазки, исключит ввод в таблетку каких-либо других смазок и улучшит качество таблетки, исключит образование неравномерной зональной пористости, повысит прочность таблетки;
шлифование от грубой очистки до тонкого шлифования и формула, определяющая ширину алмазной поверхности позволяют
исключить брак таблеток, повысить выход годных и качество таблеток; позволяют уменьшить отклонение от цилиндрической образующей таблетки, уменьшают шероховатость поверхности, уменьшают количество сколов, за счет равномерной нагрузки при шлифовании, кроме того делается "заправка" шлифовального круга с торцев для исключения стесов таблетки.To increase the campaign for the life of a fuel rod in a nuclear reactor to 5 years, instead of 2-3 years, with increased burnup due to the fact that:
the obtained powders of U ₃ O ₈ (ADU process) during the oxidation of UO ₂ (ADU process) have good fluidity, the required density and specific surface, and therefore, when they are trimmed to the bulk of uranium dioxide UO ₂ (ADU process) technological characteristic they sharply improve, and the yield and quality of the tablets increases with reduced and stable caking, stable uniform porosity of the tablets, optimal grain size and low gas emission due to the use of a dry binder - zinc stearate;
excludes the introduction of UO ₂ dioxide into the press powder of fluorine, which destroys the shell of the fuel rod, which will improve the quality of both the tablets and the fuel rod;
stepwise mixing of powders UO ₂ , U ₃ O ₈ and zinc stearate will allow you to get a uniformly mixed structure of the press powder, which eliminates the marriage of tablets during pressing due to a lack or excess of the binder - zinc stearate;
the use of a binder - zinc stearate, previously introduced into the mixture as a lubricant, will exclude the introduction of any other lubricants into the tablet and will improve the quality of the tablet, eliminate the formation of uneven zonal porosity, and increase the strength of the tablet;
grinding from coarse to fine grinding and the formula that determines the width of the diamond surface allows
eliminate the marriage of tablets, increase the yield and quality of the tablets; they allow to reduce the deviation from the cylindrical generatrix of the tablet, reduce the surface roughness, reduce the number of chips, due to the uniform load during grinding, in addition, the “dressing” of the grinding wheel from the ends is done to exclude tablet pockets.

Другие отличия направлены на повышение качества таблеток. Other differences are aimed at improving the quality of tablets.

Выполнение подвижного бокса-накопителя таблеток перед тоннельной печью спекания с узлом стыковки с печью, с транспортным средством внутри и передвижного бокса загрузки со стыковочным узлом позволит повысить производительность и рассредоточить ядерный материал по передвижному боксу-накопителю, снизить экологическую опасность производства за счет исключения самопроизвольной ядерной реакции при аварийном затоплении водой. The implementation of a movable tablet storage box in front of a sintering tunnel furnace with a docking unit with a furnace, with a vehicle inside and a mobile loading box with a docking unit will increase the productivity and disperse nuclear material across a mobile storage box, reduce the environmental risk of production by eliminating spontaneous nuclear reaction in case of emergency flooding with water.

Выполнение предложенного агрегата переработки брака таблеток позволит интенсифицировать процесс окисления UO₂ в U₃O₈ и повысить производительность. Предложенная схема установки верхней и нижней опор, определяемых по формуле, приведенной ранее, позволит исключить брак таблеток при шлифовании и достичь заданного их размера.The implementation of the proposed unit for processing scrap tablets will intensify the process of oxidation of UO ₂ in U ₃ O ₈ and increase productivity. The proposed installation scheme of the upper and lower supports, determined by the formula given earlier, will eliminate the marriage of tablets during grinding and achieve their specified size.

На чертежах представлены:
фиг. 1 - схема способа;
фиг. 2 - устройство осуществления способа;
фиг. 3 - агрегат прессования;
фиг.4 - агрегат удаления связующего и спекания с боксом-накопителем;
фиг. 5 - агрегат шлифования;
фиг. 6 - агрегат переработки брака.The drawings show:
FIG. 1 is a diagram of a method;
FIG. 2 - device for implementing the method;
FIG. 3 - press unit;
figure 4 - unit removal of the binder and sintering with the box-drive;
FIG. 5 - grinding unit;
FIG. 6 - reject processing unit.

Устройство для осуществления способа изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов, включает (фиг. 1) агрегат 1 смешения порошков диоксида урана UO₂, стеарата цинка и оксида урана U₃O₈; агрегат 2 прессования таблеток 3 из смеси порошков диоксида урана UO₂, стеарата цинка и оксида урана U₃O₈, содержащий матрицу 4 с иглой 5 с верхним 6 и нижним 7 пуансонами (фиг. 3); агрегат (фиг. 1) 8 удаления связующего и спекания таблеток (фиг. 2) 3, содержащий печь 9, имеющую три 10, 11, 12 температурные зоны нагревания и удаления связующего, спекания таблеток 3 в восстановительной среде и охлаждения со штуцером 13 подачи газообразной восстановительной среды; транспортное средство 14 перемещения лодочек 15 с таблетками 3 через три зоны 10, 11, 12 печи 9; агрегат 16 шлифования поверхности таблеток 3, содержащий (фиг. 5) верхнюю 17 и нижнюю 18 опоры с размещенной между ними таблеткой 3, а с боков ведущий 19 круг и круг 20 с алмазным покрытием; агрегат сушки 21; агрегат 22 (фиг. 6) переработки брака таблеток 3, содержащий вертикальную печь 23, сито 24, узел загрузки 25 бракованных таблеток 3, узел выгрузки 26 порошка оксида урана U₃O₈, и штуцер ввода 27 в вертикальную печь 23 газовой окислительной среды.A device for implementing the method of manufacturing pelletized fuel for fuel elements, includes (Fig. 1) a unit 1 for mixing powders of uranium dioxide UO ₂ , zinc stearate and uranium oxide U ₃ O ₈ ; the unit 2 pressing tablets 3 from a mixture of powders of uranium dioxide UO ₂ , zinc stearate and uranium oxide U ₃ O ₈ containing matrix 4 with a needle 5 with upper 6 and lower 7 punches (Fig. 3); an aggregate (Fig. 1) 8 removing the binder and sintering the tablets (Fig. 2) 3, containing a furnace 9 having three 10, 11, 12 temperature zones for heating and removing the binder, sintering the tablets 3 in a reducing medium and cooling with a gaseous feed fitting 13 recovery environment; a vehicle 14 for moving boats 15 with tablets 3 through three zones 10, 11, 12 of the furnace 9; an aggregate 16 for grinding the surface of the tablets 3, comprising (Fig. 5) the upper 17 and lower 18 bearings with a tablet 3 placed between them, and on the sides a leading 19 circle and a diamond-coated circle 20; drying unit 21; the unit 22 (Fig. 6) processing the marriage of tablets 3, containing a vertical furnace 23, a sieve 24, a loading unit 25 of the defective tablets 3, an unloading unit 26 of uranium oxide powder U ₃ O ₈ , and an inlet fitting 27 into a vertical furnace 23 of a gas oxidizing medium.

Агрегаты 1, 2, 8, 16, 21, 22 (фиг. 1) объединены в поточную линию, которая снабжена (фиг. 2) транспортным средством 28 проводки порошков на смешение в агрегат 1 смешения; транспортным средством проводки 29 пресс-порошка из агрегата 1 смешения в агрегат 2 прессования таблеток 3; транспортным средством 30 проводки таблеток 3 из агрегата 2 прессования в агрегат 8 удаления связующего и спекания таблеток 3; транспортным средством 31 проводки из агрегата 8 в агрегат 16 мокрого шлифования таблеток 3; транспортным средством 32 проводки шлифованных таблеток в агрегат 21 сушки таблеток 3; транспортным средством 33 проводки бракованных таблеток 3 в агрегат 22 их переработки и транспортным средством 34 проводки оксида урана U₃O₈ из агрегата 22 в агрегат 1.Units 1, 2, 8, 16, 21, 22 (Fig. 1) are combined into a production line, which is equipped (Fig. 2) with a vehicle 28 for transferring the powders to be mixed into the mixing unit 1; vehicle wiring 29 press powder from the mixing unit 1 to the tablet pressing unit 2; 3; a vehicle 30 for posting the tablets 3 from the pressing unit 2 to the unit 8 for removing the binder and sintering the tablets 3; vehicle 31 wiring from unit 8 to unit 16 wet grinding tablets 3; vehicle 32 posting polished tablets to the unit 21 drying tablets 3; vehicle 33 posting defective tablets 3 to the unit 22 for their processing and vehicle 34 posting uranium oxide U ₃ O ₈ from unit 22 to unit 1.

Игла 5 (фиг. 3) матрицы 4 на длине своей рабочей части выполнена с конусностью до 30 мкм, а сама матрица 4 в рабочей части выполнена также с конусностью до 50 мкм на длине таблетки 3. The needle 5 (Fig. 3) of the matrix 4 along the length of its working part is made with a taper up to 30 μm, and the matrix 4 in the working part is also made with a taper up to 50 μm along the length of the tablet 3.

Агрегат 8 (фиг. 4) удаления связующего и спекания таблеток 3 снабжен передвижным по направляющим рельсам 35 боксом-накопителем 36 лодочек 15 с таблетками 3 с узлом стыковки 37 с тонельной печью 9, с транспортным средством 38 (фиг. 2) для перемещения лодочек 15 с таблетками 3 внутри бокса-накопителя 36 и передвижным загрузочным боксом 39 со стыковочным узлом 40 с передвижным боксом-накопителем 36. Алмазный круг 20 (фиг. 5) агрегата 16 (фиг. 2) шлифования выполнен составным, по крайней мере, из четырех кругов с зернистостью от грубой до тонкой. The unit 8 (Fig. 4) of removing the binder and sintering of tablets 3 is equipped with a storage box 36 of boats 15 movable along guide rails 35 with tablets 3 with a docking station 37 with a tunnel oven 9, with a vehicle 38 (Fig. 2) for moving boats 15 with tablets 3 inside the storage box 36 and the mobile loading box 39 with the docking unit 40 with the mobile storage box 36. The diamond wheel 20 (Fig. 5) of the grinding unit 16 (Fig. 2) is made of at least four circles with coarse to fine grit.

В агрегате 22 (фиг. 6) переработки брака таблеток 3 внутри вертикальной печи 23 под углом к горизонтальной оси 15-30^o размещен барабан 41 с приводом 42 вращения с соосно размещенной в нем трубы 43 с перфорированной поверхностью ввода в барабан 41 горячей окислительной газоообразной среды, сито 24 размещено по образующей барабана 41, узел загрузки 25 бракованных таблеток 3 сообщен с внутренней полостью барабана 41, внутри которого размещены продольные ребра 44, а в нижней части вертикальной печи 23 размещен узел выгрузки 26 регенерированного оксида урана U₃O₈ в виде двух параллельно перекрывающих лопастями друг друга самоочищающихся шнеков 45, 46 выгрузки регенерированного оксида урана U₃O₈.In the unit 22 (Fig. 6) of processing the marriage of tablets 3 inside the vertical furnace 23 at an angle to the horizontal axis 15-30 ^o there is a drum 41 with a rotation drive 42 with a pipe 43 coaxially placed in it with a perforated surface for introducing a hot oxidizing gaseous medium into the drum 41 , a sieve 24 is placed along the generatrix of the drum 41, the loading unit 25 of the defective tablets 3 is in communication with the inner cavity of the drum 41, inside which longitudinal ribs 44 are placed, and in the lower part of the vertical furnace 23 there is a discharge unit 26 of regenerated uranium oxide U ₃ O ₈ in the form of two self-cleaning screws 45, 46 discharging regenerated uranium oxide U ₃ O ₈ in parallel with overlapping vanes of each other.

В качестве транспортного средства 28 проводки порошков на смешение в агрегат 1 смешения использован грузоподъемный механизм с вертикальным подъемом и опусканием и горизонтальной транспортировкой в контейнере-смесителе 47 как на первую стадию смешения, так и на вторую и третью стадии смешения, где на первой стадии смешения имеется привод 48 вращения как вокруг своей оси контейнера, так и горизонтального вращения, на второй стадии имеется аналогичный привод 49 и на третьей стадии барабан-смеситель 50 с узлом шнековой загрузки 51 из контейнера-смесителя 47 и узлом шнековой выгрузки 52 в свободный контейнер-смеситель 47. As the vehicle 28 for transferring the powders into the mixing unit 1, a lifting mechanism with vertical raising and lowering and horizontal transportation in the mixer container 47 was used both in the first mixing stage and in the second and third mixing stages, where the first mixing stage has rotation drive 48 both around its axis of the container and horizontal rotation, in the second stage there is a similar drive 49 and in the third stage, the drum mixer 50 with the screw loading unit 51 from the container-c esitelya 47 and a screw discharging unit 52 into the free container 47 mixer.

В качестве транспортного средства 29 проводки пресс-порошка из агрегата 1 смешения в агрегат 2 прессования использован грузоподъемный механизм, аналогичный грузоподъемному механизму 28 с транспортировкой пресс-порошка в контейнере-смесителе 47. As the vehicle 29 for transporting the press powder from the mixing unit 1 to the pressing unit 2, a load-lifting mechanism similar to the load-lifting mechanism 28 with transportation of the powder in the mixer container 47 was used.

Перед агрегатом 2 прессования установлен кантователь 53 поворота контейнера-смесителя 47 на 180^o, т.е. горловиной к низу, а агрегат 2 снабжен гнездом 54 установки контейнера-смесителя 47 горловиной к низу с вибратором 55 и дозатором 56.In front of the pressing unit 2, a tilter 53 for rotating the mixer container 47 by 180 ^{° is} installed, i.e. neck to the bottom, and the unit 2 is equipped with a socket 54 for installing the container-mixer 47 with the neck to the bottom with a vibrator 55 and a dispenser 56.

В качестве транспортного средства 30 таблеток 3 из агрегата 2 в агрегат 8 удаления связующего и спекания использованы передвижной бокс-накопитель 36 и передвижной загрузочный бокс 39. As a vehicle, 30 tablets 3 from the unit 2 to the binder removal and sintering unit 8 used a mobile box storage 36 and a mobile loading box 39.

В качестве транспортного средства 31 проводки из агрегата 8 в агрегат 16 мокрого шлифования может быть использован грузоподъемный механизм, аналогичный грузоподъемному механизму 28 с транспортировкой спеченных таблеток в контейнере-смесителе 47, а также передвижной загрузочный бокс, аналогичный боксу 39. As the vehicle 31 of the wiring from the unit 8 to the wet grinding unit 16, a load-lifting mechanism similar to load-lifting mechanism 28 with transportation of sintered tablets in a mixer container 47 can be used, as well as a mobile loading box similar to box 39.

В качестве транспортного средства 32 проводки шлифованных таблеток 3 с агрегата 16 на агрегат 21 сушки таблеток 3 использован рольганг. As a vehicle 32 wiring polished tablets 3 from the unit 16 to the unit 21 drying the tablets 3 used roller conveyor.

В качестве транспортного средства 33 проводки бракованных таблеток 3 в агрегат 22 их переработки использован грузоподъемный механизм, аналогичный грузоподъемному механизму 28 с транспортировкой таблеток в контейнере 47. As a vehicle 33 for posting defective tablets 3 to the processing unit 22, a load-lifting mechanism similar to the load-lifting mechanism 28 with the transportation of tablets in a container 47 was used.

В качестве транспортного средства 34 использован грузоподъемный механизм, аналогичный грузоподъемному механизму 28 с транспортировкой порошка U₃O₈ в контейнере 47 на агрегат 1.As the vehicle 34, a lifting mechanism similar to the lifting mechanism 28 with the transportation of powder U ₃ O ₈ in the container 47 to the unit 1 was used.

Способ изготовления таблетированного топлива для ТВЭЛ и устройство для его осуществления работают следующим образом. A method of manufacturing a pelletized fuel for fuel elements and a device for its implementation are as follows.

Диоксид урана UO₂, обогащенный ураном 235 от 2-5% (делящийся материал в воспроизводящем материале U₂₃₈), полученный по классической схеме (АДУ-процесс) без предварительного уплотнения смешивают с сухим связующим-стеаратом цинка [Zn(C₁₇H₃₅COO)₂] в следующих пропорциях.Uranium dioxide UO ₂ enriched in uranium 235 from 2-5% (fissile material in the reproducing material U ₂₃₈ ) obtained according to the classical scheme (ADU process) without preliminary compaction is mixed with dry binder-zinc stearate [Zn (C ₁₇ H ₃₅ COO ) ₂ ] in the following proportions.

На первой стадии 5-10 частей UO₂ с 02-05% стеарата цинка в контейнере-смесителе 47 агрегата 1, который с помощью грузоподъемного механизма 28 устанавливают в привод вращения 48 агрегата 1 и осуществляют вращение контейнера-смесителя 47 как вокруг своей оси, так и в горизонтальном положении.In the first stage, 5-10 parts of UO ₂ with 02-05% zinc stearate in the mixer container 47 of unit 1, which, using the lifting mechanism 28, are installed in the rotation drive 48 of unit 1 and the container mixer 47 is rotated around its axis and in horizontal position.

На второй стадии полученную смесь порошка UO₂ и стеарата цинка вместе с контейнером-смесителем 47 грузоподъемным механизмом 28 снимают с привода 48 и устанавливают контейнер в привод 49. В контейнер-смеситель добавляют 5-10 частей порошка UO₂ (АДУ-процесс) и смешивают со смесью, находящейся в контейнере-смесителе 47.In the second stage, the resulting mixture of UO ₂ powder and zinc stearate together with the mixer container 47 by the lifting mechanism 28 is removed from the drive 48 and the container is installed in the drive 49. 5-10 parts of the UO ₂ powder (ADU process) are added to the mixer container and mixed with the mixture in the mixing container 47.

На третьей стадии контейнер-смеситель 47 грузоподъемным механизмом 28 снимают с привода 49 и устанавливают на узел шнековой загрузки 51 барабана-смесителя 50, куда подают из контейнера-смесителя 47 смесь порошков, остальной диоксид урана UO₂ (АДУ-процесс) и оксид U₃O₈, полученный окислением брака таблеток UO₂ (АДУ-процесс) до U₃O₈.In the third stage, the container mixer 47 with a lifting mechanism 28 is removed from the drive 49 and installed on the screw loading unit 51 of the mixer drum 50, where a mixture of powders, the rest of uranium dioxide UO ₂ (ADU process) and oxide U ₃ are fed from the mixer container 47 O ₈ obtained by oxidation of the defective tablets UO ₂ (ADU process) to U ₃ O ₈ .

На всех стадиях смешение осуществляется в инертной газовой среде азота. At all stages, the mixing is carried out in an inert gas atmosphere of nitrogen.

После смешения всех порошков смесь пресс-порошка из барабана-смесителя 50 шнеком узла выгрузки 52 выгружается в контейнер 47, который грузоподъемным механизмом 29, аналогичным грузоподъемному механизму 28, транспортируют на кантователь 53, переворачивают контейнер 47 горловиной к низу, и тем же транспортным средством 29 транспортируют на агрегат 2 прессования таблеток 3, и устанавливают в гнездо 54. На агрегате 2, с помощью вибратора 55 и дозатора 56, пресс-порошок заполняет матрицы 4 с иглами 5, имеющими на длину таблетки конусную заходную часть матрицы до 50 мкм и конусную часть иглы до 30 мкм. С помощью верхнего пуансона 6 и нижнего пуансона 7 прилагают усилия, достаточные для надежного формования таблетки 3. Затем, верхний пуансон 6 поднимается вверх и нижним пуансоном 7 таблетка 3 выпрессовывается из матрицы. After mixing all the powders, the mixture of press powder from the mixer 50 by the screw of the unloading unit 52 is unloaded into a container 47, which is transported to a tilter 53 by a lifting mechanism 29 similar to the lifting mechanism 28, the container 47 is turned with its neck down to the bottom, and by the same vehicle 29 they are transported to tablet pressing unit 2, 3 and installed in slot 54. On unit 2, using a vibrator 55 and dispenser 56, the press powder fills the matrix 4 with needles 5 having a conical entry part of the matrix for the length of the tablet s to 50 m and a tapered portion of the needle up to 30 microns. Using the upper punch 6 and the lower punch 7, sufficient forces are applied to securely form the tablet 3. Then, the upper punch 6 rises up and the lower punch 7 makes the tablet 3 extrude from the die.

В качестве смазки используется ранее введенный в пресс-порошок стеарат цинка. Zinc stearate previously introduced into the press powder is used as a lubricant.

Благодаря конусности матрицы и иглы выпрессовка осуществляется без ее сколов и разрушений. После выпрессовки пуансоном 7 осуществляют холостой ход для удаления остатков пресс-порошка с иглы 5. Отпрессованные таблетки загружаются в лодочки 15 и в загрузочный передвижной бокс-накопитель 39, который стыкуют стыковочным узлом 40 с передвижным боксом-накопителем 36 и с помощью транспортного средства 38 лодочки 15 с таблетками 3 размещают в этом боксе 36. Due to the taper of the matrix and the needle, the pressing is carried out without its chips and destruction. After pressing out by the punch 7, idling is carried out to remove the remains of the press powder from the needle 5. The pressed tablets are loaded into the boats 15 and into the loading mobile storage box 39, which are joined by the docking unit 40 with the mobile storage box 36 and using the boat transport 38 15 with tablets 3 are placed in this box 36.

Транспортным средством 30, включающим передвижной бокс 36 на колесах и передвижной бокс 39 на колесах, перемещают по направляющим рельсам 35 боксы 36, 39 между агрегатом 2 и агрегатом 8. A vehicle 30, including a mobile box 36 on wheels and a mobile box 39 on wheels, move boxes 36, 39 between the unit 2 and the unit 8 along the guide rails 35.

Для удаления связующего и спекания сырых таблеток передвижной бокс 36 перемещают по рельсам 35 и стыковочным узлом 37 стыкуют с тоннельной печью 9, имеющей три зоны 10, 11, 12; где в первой зоне удаляют связующее при температуре 400-700^oC; во второй зоне таблетки 3 спекают в среде водорода или диссоциированного аммиака при температуре 1750±50 и в третьей зоне таблетки 3 охлаждают.To remove the binder and sinter the raw tablets, the mobile box 36 is moved along the rails 35 and the docking unit 37 is joined with the tunnel furnace 9 having three zones 10, 11, 12; where in the first zone remove the binder at a temperature of 400-700 ^o C; in the second zone, tablets 3 are sintered in a medium of hydrogen or dissociated ammonia at a temperature of 1750 ± 50, and in the third zone, tablets 3 are cooled.

Подачу восстановителя в тоннельную печь 9 осуществляют через штуцер 13, а перемещение лодочек с таблетками по тоннельной печи осуществляют транспортным средством 14. The supply of reducing agent in the tunnel furnace 9 is carried out through the fitting 13, and the movement of boats with tablets through the tunnel furnace is carried out by the vehicle 14.

Спеченные таблетки 3 ссыпаются в контейнер 47 и транспортным средством 31, аналогичным транспортному средству 28, транспортируются на агрегат 16 шлифования их или подаются в лодочках 15 непосредственно на агрегат 16 в передвижном боксе, аналогичном боксу 39. The sintered tablets 3 are poured into the container 47 and the vehicle 31, similar to the vehicle 28, transported to the grinding unit 16 or served in boats 15 directly to the unit 16 in a mobile box similar to box 39.

В агрегате 16 шлифования поверхности таблеток 3 верхнюю 17 и нижнюю 18 опоры устанавливают по формуле:
X = ⌀ + A + 0,1 мм
где X - высота нижней кромки верхней опоры 17 до верхней кромки нижней опоры 18;
⌀ - диаметр таблетки, мм;
A - максимальный припуск, снимаемой за один проход при шлифовании и
X₁ = N - M + a - M₁,
где X₁ - высота нижней опоры 18;
N - расстояние от базовой плоскости суппорта до линии центров кругов (ведущий 19 и с алмазным покрытием 20);
M - расстояние от базовой плоскости суппорта до опорной поверхности опоры;
M₁ - расстояние от линии центров таблеток 3 до линии центров кругов;
а - величина, равная разнице между 1/2 диаметра таблетки 3 и расстоянием от линии движения таблеток 3 по опорной поверхности нижней опоры 18 до кромки опоры 18 нижней.In the aggregate 16 grinding the surface of the tablets 3, the upper 17 and lower 18 supports are installed according to the formula:
X = ⌀ + A + 0.1 mm
where X is the height of the lower edge of the upper support 17 to the upper edge of the lower support 18;
⌀ is the diameter of the tablet, mm;
A is the maximum allowance removed in one pass during grinding and
X ₁ = N - M + a - M ₁ ,
where X ₁ - the height of the lower support 18;
N is the distance from the base plane of the caliper to the line of the centers of the circles (leading 19 and with a diamond coating 20);
M is the distance from the base plane of the caliper to the bearing surface of the support;
M ₁ is the distance from the line of the centers of the tablets 3 to the line of the centers of circles;
a is a value equal to the difference between 1/2 of the diameter of the tablet 3 and the distance from the line of movement of the tablets 3 along the supporting surface of the lower support 18 to the edge of the support 18 lower.

Установка опор гарантирует качество таблеток 3 за счет исключения недошлифовки и перешлифовки с нарушением диаметра таблетки 3. The installation of supports guarantees the quality of tablets 3 by eliminating under-grinding and regrinding with violation of the diameter of the tablet 3.

Мокрую шлифовку поверхности таблеток 3 после спекания осуществляют набором, по крайней мере, из четырех кругов с алмазным покрытием от грубого до тонкого шлифования, ширину поверхности всех кругов определяют по формуле:
L = L₁+H,
где L - ширина алмазной поверхности круга 20;
L₁ - ширина ведущего круга 19;
Н - высота таблетки 3.Wet grinding of the surface of tablets 3 after sintering is carried out with a set of at least four circles with a diamond coating from coarse to fine grinding, the width of the surface of all circles is determined by the formula:
L = L ₁ + H,
where L is the width of the diamond surface of the circle 20;
L ₁ - the width of the driving circle 19;
H - tablet height 3.

В качестве транспортного средства 32 используют рольганг, которым подают шлифованные таблетки 3 в агрегат 21 сушки, где сушку таблеток после мокрого шлифования осуществляют в среде азота при температуре 200-300^oС в сетчатых лодочках с их перемещением по агрегату 21 сушки.As a vehicle 32, a roller table is used, which feeds the polished tablets 3 to the drying unit 21, where the tablets are dried after wet grinding in nitrogen at a temperature of 200-300 ^o C in mesh boats with their movement along the drying unit 21.

Транспортным средством 33, аналогичным транспортному средству 28, контейнер 47 выводится из процесса с годными таблетками, а бракованные таблетки транспортным средством 33 в контейнере 47 транспортируются на агрегат 22 переработки бракованных таблеток 3, где бракованные таблетки 3 через узел загрузки 25 загружаются в барабан 41 с приводом 42 его вращения. При вращении барабана 41 бракованные таблетки 3 диоксида урана UO₂ подхватываются продольными ребрами 44 и интенсивно перемещаются во внутрь барабана. Через штуцер 27 и трубу 43 с перфорированной поверхностью подается горячий воздух с температурой 500-600^oC и диоксид урана UO₂ окисляется до оксида урана U₃O₈, ссыпается через сетчатую поверхность 24 барабана в нижнюю часть вертикальной печи 23 к узлу выгрузки 26, где самоочищаемыми шнеками 45, 46 порошок U₃O₈ выводится из агрегата 22 в контейнер 47 и транспортным средством 34, аналогичным транспортному средству 28, контейнер 47 с регенерированным оксидом U₃O₈ транспортируется в голову процесса на агрегат 1 смешения, где до 15% подшихтовывается к пресс-порошку диоксида урана UO₂ в смеси со стеаратом цинка.By a vehicle 33, similar to a vehicle 28, the container 47 is taken out of the process with suitable tablets, and the defective tablets by the vehicle 33 in the container 47 are transported to the defective tablets processing unit 22, where the defective tablets 3 are loaded through a loading unit 25 into a drive drum 41 with a drive 42 of its rotation. During the rotation of the drum 41, the defective tablets 3 of uranium dioxide UO _{2 are} picked up by the longitudinal ribs 44 and are intensively moved inside the drum. Hot air with a temperature of 500-600 ^o C is supplied through a nozzle 27 and a pipe 43 with a perforated surface and uranium dioxide UO ₂ is oxidized to uranium oxide U ₃ O ₈ , poured through the mesh surface 24 of the drum into the lower part of the vertical furnace 23 to the discharge unit 26, where self-cleaning screws 45, 46 U ₃ O ₈ powder is discharged from unit 22 to container 47 and by vehicle 34, similar to vehicle 28, container 47 with regenerated U ₃ O ₈ oxide is transported to the process head to mixing unit 1, where up to 15% is attached to press poro ku uranium dioxide UO ₂ in a mixture with zinc stearate.

Все минимальные и максимальные параметры являются оптимальными, проверены на практике и любое отклонение в меньшую или большую сторону приведет к снижению качества таблеток. All minimum and maximum parameters are optimal, tested in practice, and any deviation to the smaller or greater side will lead to a decrease in tablet quality.

Проведены испытания предложенного способа и при этом получен положительный результат. Tests of the proposed method were carried out and a positive result was obtained.

В прилагаемой таблице приведены данные, позволяющие увеличить выгорание ядерного топлива ТВЭЛ и продолжительность компании. The attached table provides data to increase the fuel burnup of TVEL and the duration of the company.

Claims

1. A method of manufacturing a tablet fuel for fuel elements, including the preparation of a uranium dioxide fresh powder UO ₂ enriched in 235 to 2-5%, mixing with a dry binder - zinc stearate [Zn (C ₁₇ H ₃₅ COO) ₂ ] and uranium oxide powder U ₃ O _8, compressing the lubricated in a matrix, the thermal removal of the binder, sintering the pellets in a reducing gas medium, wet grinding diamond wheel tablets, drying and rejection of defective pellets, characterized in that the uranium dioxide powder of UO ₂ powder used uranium ioksida UO ₂ obtained by wet conversion from the reduction of ammonium diuranate, which was used without compacting operations mixture dioxide UO ₂ with dry binder - zinc stearate [Zn (C ₁₇ H ₃₅ COO) _2] is carried out stepwise, where mixed in a first step 5 to 10 hours from a powder of uranium dioxide UO ₂ with the entire amount of zinc stearate required per batch; in the second stage, the resulting mixture is mixed with 5 to 10 parts from a powder of uranium dioxide UO ₂ from a batch; in the third stage, the resulting mixture is mixed with the rest of the powder of uranium dioxide UO ₂ and with uranium oxide U ₃ O ₈ obtained after thermal oxidation by air of marriage of tablets of uranium dioxide UO ₂ , zinc stearate, previously introduced into the press, is used as a lubricant for pressing tablets powder, wet grinding of the tablet surface after sintering in a reducing medium is carried out by a set of circles, the diamond coating of which is selected from rough grinding to fine grinding, the surface width of all circles is determined by the formula
L = L ₁ + H,
where L is the width of the diamond surface of the circle;
L ₁ - the width of the driving circle;
H is the height of the tablet,
and in the unit grinding the surface of the tablets, the upper and lower supports are set according to the formula
X = ⌀ + A + 0.1 mm,
where X is the height of the lower edge of the upper support to the upper edge of the lower support;
⌀ is the diameter of the tablet, mm;
A - the maximum allowance removed in one pass during grinding and
X _I = N - M + a - M _I ,
where X _I is the height of the lower support;
N is the distance from the base plane of the caliper to the line of the centers of the circles, mm;
M is the distance from the base plane of the caliper to the bearing surface of the support;
M _I is the distance from the line of centers of tablets to the line of centers of circles;
a is a value equal to the difference between 1/2 of the diameter of the tablet and the distance from the line of movement of the tablets along the supporting surface of the lower support to the edge of the lower support,
after which drying is carried out in an inert gas atmosphere.

2. The method according to p. 1, characterized in that the amount of zinc stearate required per batch is 0.2 - 0.5%.

3. The method according to p. 1, characterized in that the amount of regenerated uranium oxide U ₃ O ₈ introduced into the batch of press powder is up to 15%.

4. The method according to claim 1, characterized in that the thermal removal of the binder from the tablets is carried out at 400 - 700 ^o C.

5. The method according to p. 1, characterized in that the drying of the tablets after wet grinding is carried out in nitrogen atmosphere at 200 - 300 ^o C.

6. The method according to claim 1, characterized in that for the oxidation of defective tablets using air with a temperature of 500 - 600 ^o C.

7. A device for implementing a method of manufacturing pelletized fuel for fuel elements, comprising: an aggregate for mixing uranium dioxide powders UO ₂ and zinc stearate; a tablet pressing unit from a mixture of powders of UO ₂ dioxide and zinc stearate containing a matrix; a tablet sintering unit comprising a tunnel type furnace having three temperature zones for heating and sintering the tablets in a reducing medium and cooling with the advance of boat boats through the three zones of the furnace; a unit for wet grinding the surface of tablets and a unit for drying tablets, characterized in that the device is equipped with a unit for processing rejects containing a vertical furnace, a unit for loading defective tablets, a unit for unloading uranium oxide powder U ₃ O ₈ and a nozzle for introducing a gas oxidizing medium into the furnace, and a sintering unit tablets equipped with a mobile boxing storage of boats with tablets with a docking station with a tunnel oven with a vehicle moving boats with tablets inside the storage box and a mobile loading side catfish with a docking station with a mobile storage box.

8. The device according to claim 7, characterized in that in the processing unit for defective tablets inside the vertical furnace at an angle to the horizontal axis there is a drum with a rotation drive coaxially placed in it with a pipe with a perforated surface for introducing a hot gaseous oxidizing medium into the drum from the nozzle, a sieve placed along the generatrix of the drum, inside which longitudinal ribs are placed, and the uranium oxide unloading unit U ₃ O _{8 is} located in the lower part of the furnace, made in the form of two parallel overlapping vanes self-cleaning unloading augers.

9. The device according to claim 7 or 8, characterized in that the drum in the furnace is placed at an angle of 15 - 30 ^o to the horizontal axis.

10. The device according to claim 7 or 8, characterized in that the node loading defective tablets communicated with the inner cavity of the drum.