RU2358342C2 - Method of making nuclear fuel tablets - Google Patents
Method of making nuclear fuel tablets Download PDFInfo
- Publication number
- RU2358342C2 RU2358342C2 RU2007111764/06A RU2007111764A RU2358342C2 RU 2358342 C2 RU2358342 C2 RU 2358342C2 RU 2007111764/06 A RU2007111764/06 A RU 2007111764/06A RU 2007111764 A RU2007111764 A RU 2007111764A RU 2358342 C2 RU2358342 C2 RU 2358342C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- tablets
- rotation
- axis
- powders
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005025 nuclear technology Methods 0.000 abstract description 3
- OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);uranium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[U+4] OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 3
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 16
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 5
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 4
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 3
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 102200052313 rs9282831 Human genes 0.000 description 3
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- ZAASRHQPRFFWCS-UHFFFAOYSA-P diazanium;oxygen(2-);uranium Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[U].[U] ZAASRHQPRFFWCS-UHFFFAOYSA-P 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WZECUPJJEIXUKY-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[U+6] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[U+6] WZECUPJJEIXUKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- CEGOLXSVJUTHNZ-UHFFFAOYSA-K aluminium tristearate Chemical class [Al+3].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O CEGOLXSVJUTHNZ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 description 1
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium atom Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009700 powder processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 229910000439 uranium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L zinc stearate Chemical compound [Zn+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ядерной технике, а именно к технологии изготовления таблеток ядерного топлива из смесей на базе диоксида урана, в частности к подготовке порошков к "сухому" прессованию.The invention relates to nuclear technology, and in particular to a technology for the manufacture of nuclear fuel pellets from mixtures based on uranium dioxide, in particular to the preparation of powders for dry pressing.
Процесс подготовки порошков UO2 к прессованию заключается в улучшении их текучести и повышении насыпной плотности. Достигается это, как правило, путем измельчения исходных порошков, уплотнения, грануляции и сфероидизации гранулята. Измельчение осуществляется в шаровых, струйных, дисковых, молотковых и др. типах мельниц. Процесс уплотнения осуществляется методами прокатки валками, экструзии, брикетирования и др. Гранулирование производится путем протирания через сетки с фиксированным размером ячейки, а сфероидизация - окаткой гранул во всевозможных вращающихся емкостях.The process of preparing UO 2 powders for pressing consists in improving their flowability and increasing bulk density. This is achieved, as a rule, by grinding the starting powders, compaction, granulation and spheroidization of the granulate. Grinding is carried out in ball, jet, disk, hammer and other types of mills. The compaction process is carried out by methods of rolling by rolls, extrusion, briquetting, etc. Granulation is carried out by wiping through grids with a fixed cell size, and spheroidization is done by pelletizing in various rotating containers.
Полученный таким образов гранулят в большинстве случаев смешивают с сухими смазывающими добавками, после чего передают на прессование. В качестве сухих смазок, как правило, используют стеараты цинка или алюминия.The granulate obtained in this way is mixed in most cases with dry lubricating additives and then transferred to pressing. As a dry lubricant, zinc or aluminum stearates are usually used.
В подавляющем большинстве технологий процессы уплотнения, грануляции и сфероидизации разделены операционно и существенно отличаются аппаратурным оформлением. Такое построение технологии требует межоперационных транспортировок, увеличивает потери сырья, снижает качество продукции по показателям однородности и химической чистоты.In the vast majority of technologies, the processes of compaction, granulation and spheroidization are separated operationally and differ significantly in hardware design. Such a construction of the technology requires inter-operational transportation, increases the loss of raw materials, reduces the quality of products in terms of uniformity and chemical purity.
Известен способ изготовления таблеток ядерного топлива (GB 2320800, МПК G21C 3/62, 01.07.1998), включающий измельчение исходного сырья диоксида урана и плутония с последующей прокаткой валками для повышения текучести. После прессования, несмотря на удовлетворительную текучесть порошка, механическая прочность сырых таблеток вследствие анизотропии свойств получаемых гранул после прокатки валками остается низкой. Прессование таких порошков известными способами при давлениях порядка 3 т/см2 приводит к отслаиванию торцов прессовок и другим видам нарушения целостности сырой таблетки (трещины, сколы).A known method of manufacturing tablets of nuclear fuel (GB 2320800, IPC G21C 3/62, 07/01/1998), including grinding the feedstock of uranium dioxide and plutonium, followed by rolling with rollers to increase fluidity. After pressing, despite the satisfactory fluidity of the powder, the mechanical strength of the raw tablets due to the anisotropy of the properties of the obtained granules after rolling by rolls remains low. Pressing such powders by known methods at pressures of the order of 3 t / cm 2 leads to delamination of the ends of the compacts and other types of violation of the integrity of the crude tablet (cracks, chips).
В другом известном способе изготовления таблеток ядерного топлива (ЕР 0277708, МПК G21C 3/62, 10.08.1988), включающем измельчение исходных порошков мелющими телами, прессование и спекание, также используется прокатка порошков валками с известными негативными последствиями.In another known method for the manufacture of nuclear fuel pellets (EP 0277708, IPC G21C 3/62, 08/10/1988), which includes grinding the initial powders with grinding media, pressing and sintering, the powders are also rolled by rolls with known negative consequences.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому (прототипом) является способ изготовления таблеток ядерного топлива (RU 2165651, МПК G21C 3/64, 20.04.2001), включающий измельчение исходных порошков мелющими телами, прессование и спекание, в котором измельчение исходного порошка проводят шарами с d≥9 мм, разгоняемыми до ускорений не менее 4,12g в планетарной, и/или шаровой, и/или тороидальной мельницах. Причем прессование осуществляют давлением 0,52…2,35 т/см2.The closest in technical essence and the achieved result to the described (prototype) is a method of manufacturing tablets of nuclear fuel (RU 2165651, IPC G21C 3/64, 04/20/2001), including grinding of the original powders with grinding media, pressing and sintering, in which the grinding of the original powder carried out by balls with d≥9 mm, accelerated to accelerations of not less than 4.12 g in a planetary and / or ball and / or toroidal mill. Moreover, the pressing is carried out with a pressure of 0.52 ... 2.35 t / cm 2 .
Известный способ обеспечивает достаточную прочность сырых таблеток при низких давлениях прессования, но характеризуется недостаточной производительностью, цикличностью и малым ресурсом работы оборудования. Причем при использовании планетарных мельниц наблюдается нагартовка материала на внутренних стенках камеры. Длительность времени обработки на тороидальных мельницах приводит к перегреву подшипниковых узлов и камеры и требует охлаждения оборудования между циклами работы; к повышенному загрязнению обрабатываемого материала металлическими включениями. Из-за цикличности обработки снижается однородность свойств обработанного порошка.The known method provides sufficient strength of raw tablets at low pressing pressures, but is characterized by insufficient productivity, cyclicality and low life of the equipment. Moreover, when using planetary mills, the material is fretted on the inner walls of the chamber. The duration of the processing time in toroidal mills leads to overheating of the bearing assemblies and the chamber and requires cooling equipment between work cycles; to increased contamination of the processed material with metal inclusions. Due to the cyclical nature of the processing, the uniformity of the properties of the treated powder is reduced.
Регулировка плотности в данном способе изготовления таблеток осуществляется введением порообразователя в готовый гранулят, что уменьшает эффективность его действия, увеличивает разброс значений плотности и снижает химическую чистоту таблеток.Density adjustment in this method of manufacturing tablets is carried out by introducing a blowing agent into the finished granulate, which reduces its effectiveness, increases the dispersion of density values and reduces the chemical purity of the tablets.
Таким образом, известные способы "сухого" прессования характеризуются либо большим количеством операций, что снижает качество продукции по показателям однородности и химической чистоты, увеличивает потери сырья на межоперационных транспортировках, требует большого количества единиц оборудования, производственных площадей и увеличивает численность обслуживающего персонала, либо обладает узкими возможностями реализации различных требований к таблеткам, низкой производительностью, цикличностью и малым ресурсом работы оборудования. Кроме того, большинство известных технологий требуют использования лишь одного типа исходного порошка, не обеспечивают высоких насыпных характеристик, что требует повышенных давлений прессования, прецизионного пресс-инструмента, специальных прессов и оснастки, автоматизированной системы съема, укладки и транспортирования сырых таблеток.Thus, the known methods of "dry" pressing are characterized by either a large number of operations, which reduces the quality of products in terms of uniformity and chemical purity, increases the loss of raw materials in interoperational transport, requires a large number of units of equipment, production facilities and increases the number of staff, or has narrow the ability to implement various requirements for tablets, low productivity, cyclicality and low life of the equipment. In addition, most well-known technologies require the use of only one type of source powder, do not provide high bulk characteristics, which requires increased pressing pressures, precision press tools, special presses and accessories, an automated system for removing, stacking and transporting raw tablets.
Растущие требования к таблеткам требуют введения в порошок UO2 все большего числа различных технологических, эксплуатационных и легирующих добавок, количество которых изменяется от десятков (U3O8) до десятых и даже тысячных долей процентов по массе. Это вынуждает включать в технологию целые каскады дополнительных единиц оборудования для получения однородных сухих смесей.The growing requirements for tablets require the introduction into the powder of UO 2 an increasing number of various technological, operational and alloying additives, the amount of which varies from tens (U 3 O 8 ) to tenths and even thousandths of a percent by weight. This makes it necessary to include in the technology whole cascades of additional pieces of equipment to obtain homogeneous dry mixtures.
Задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления таблеток ядерного топлива, позволяющего перерабатывать исходные порошки различных типов, характеризующегося непрерывностью процесса подготовки гранулята с высокими насыпными характеристиками и текучестью, однородностью свойств по объему, обеспечивающего достаточную формуемость и прессуемость при низких давлениях прессования и высокую прочность сырых таблеток при минимальном количестве технологических операций, сохраняющего химическую чистоту обрабатываемого материала и уменьшающего потери сырья, сокращающего количество единиц оборудования, число обслуживающего персонала и производственные площади, использующего существующие прессы и пресс-инструмент и не требующего значительных затрат на создание автоматизированной системы съема и укладки сырых таблеток.The objective of the present invention is to provide a method for the manufacture of nuclear fuel pellets, which allows to process various types of starting powders, characterized by the continuity of the preparation of granules with high bulk characteristics and fluidity, uniformity of volume properties, providing sufficient formability and compressibility at low compression pressures and high strength of crude tablets at a minimum number of technological operations that preserve chemical purity material and reducing the loss of raw materials, reducing the number of pieces of equipment, the number of staff and production facilities, using existing presses and press tools and not requiring significant costs for the creation of an automated system for removing and stacking raw tablets.
В результате решения данной задачи можно получить новые технические результаты, заключающиеся в повышении качества по микроструктуре и однородности свойств по объему, химической чистоте топливных таблеток, в обеспечении регулируемости пористости и плотности таблеток в широком интервале значений без использования порообразующих добавок.As a result of solving this problem, new technical results can be obtained, consisting in improving the quality of the microstructure and the uniformity of properties in volume, chemical purity of fuel pellets, in ensuring the adjustable porosity and density of the pellets in a wide range of values without the use of pore-forming additives.
Данные технические результаты достигаются тем, что в способе изготовления таблеток ядерного топлива, включающем обработку исходных порошков с использованием шаров, последующее прессование и спекание; обработку исходных порошков осуществляют в цилиндрической камере, которая установлена под утлом наклона ее оси к горизонту, обеспечивающим перемещение обрабатываемого порошка вдоль ее продольной оси, и которую приводят в плоскопараллельное вращение, радиус и частоту которого выбирают из условия закручивания шаров и их качения по внутренней поверхности камеры без отрыва от нее, при этом камера находится в состоянии покоя относительно собственной оси.These technical results are achieved by the fact that in the method of manufacturing tablets of nuclear fuel, comprising processing the initial powders using balls, subsequent pressing and sintering; the processing of the initial powders is carried out in a cylindrical chamber, which is installed under the angle of inclination of its axis to the horizon, which ensures the movement of the powder to be processed along its longitudinal axis, and which is brought into plane-parallel rotation, the radius and frequency of which is chosen from the condition of the balls twisting and rolling along the inner surface of the chamber without separation from it, while the camera is at rest relative to its own axis.
Радиус орбиты вращения камеры А и частоту ее вращения ω определяют, в частности, по следующим зависимостям:The radius of the orbit of rotation of chamber A and the frequency of its rotation ω are determined, in particular, from the following relationships:
где D - внутренний диаметр камеры, d - диаметр шара. D0 - диаметр орбиты вращения камеры, g - ускорение свободного падения.where D is the inner diameter of the chamber, d is the diameter of the ball. D 0 is the diameter of the orbit of rotation of the chamber, g is the acceleration of gravity.
Первая из указанных зависимостей получена экспериментально. На опытах установлено, что закручивание шаров имеет место, только если радиус орбиты вращения камеры не меньше разности внутреннего радиуса камеры и радиуса шара.The first of these dependences was obtained experimentally. It was established in experiments that the twisting of balls takes place only if the radius of the orbit of rotation of the chamber is not less than the difference between the inner radius of the chamber and the radius of the ball.
Вторая из указанных зависимостей получена из условия mω2A≥mg, где mω2А - действующая на шар массой m центростремительная сила, а mg - сила тяжести. Если центростремительная сила больше или равна силе тяжести, шар не оторвется от поверхности камеры даже в ее верхней части.The second of these dependences is obtained from the condition mω 2 A≥mg, where mω 2 A is a centripetal force acting on a ball of mass m, and mg is gravity. If the centripetal force is greater than or equal to the force of gravity, the ball will not come off the surface of the chamber even in its upper part.
Соблюдение этих условий обеспечивает закручивание шаров и их качение по внутренней поверхности камеры без отрыва от нее.Compliance with these conditions ensures the twisting of the balls and their rolling on the inner surface of the chamber without interruption from it.
Количество шаров предпочтительно выбирают из условия обеспечения покрытия ими внутренней поверхности камеры при ее вращении монослоем без существенных разрывов.The number of balls is preferably selected from the condition that they cover the inner surface of the chamber during its rotation with a monolayer without significant discontinuities.
Используемый в способе характер движения шаров обеспечивает постоянный контакт мелющих тел с обрабатываемым материалом, что в несколько раз повышает эффективность обработки по сравнению с тороидальной вибрационной мельницей. Для исключения эффекта нагартовки обрабатываемого материала на стенках камеры последняя совершает плоскопараллельное вращение и находится в состоянии покоя относительно собственной продольной оси. Характер движения рабочей камеры обеспечивает перемещение обрабатываемого материала вдоль продольной оси рабочей камеры при наличии угла наклона ее к горизонту. Величина угла наклона α определяет скорость перемещения порошка. Время обработки t порошка, обеспечивающее достижение нужной насыпной плотности гранулята, определяется экспериментально, после чего устанавливается соответствующий угол наклона α, зависящий от длины рабочей камеры и времени обработки порошкаThe nature of the movement of the balls used in the method ensures constant contact of the grinding media with the material being processed, which increases the processing efficiency several times in comparison with a toroidal vibration mill. To exclude the effect of fretting of the processed material on the chamber walls, the latter performs plane-parallel rotation and is at rest relative to its own longitudinal axis. The nature of the movement of the working chamber ensures the movement of the processed material along the longitudinal axis of the working chamber in the presence of an angle of inclination to the horizon. The angle of inclination α determines the speed of movement of the powder. The processing time t of the powder, which ensures the achievement of the desired bulk density of the granulate, is determined experimentally, after which the corresponding angle of inclination α is established, depending on the length of the working chamber and the time of processing the powder
где L - длина рабочей камеры, t - время обработки порошка.where L is the length of the working chamber, t is the powder processing time.
Наиболее эффективные результаты достигаются при загрузке шаров в количестве (масса М), которое обеспечивает покрытие внутренней поверхности камеры при ее вращении монослоем без существенных разрывов, т.е.The most effective results are achieved when loading the balls in an amount (mass M), which provides coverage of the inner surface of the chamber during its rotation with a monolayer without significant discontinuities, i.e.
где М - масса шаров, k - масса одного шара.where M is the mass of the balls, k is the mass of one ball.
Тогда скорость перемещения v порошка вдоль оси камерыThen the velocity v of the powder along the camera axis
где
где m - масса порошка; n=М/m - отношение массы шаров к массе порошка, которое определяется экспериментально из условия достижения насыпной плотности после утряски требуемого значения.where m is the mass of powder; n = M / m is the ratio of the mass of the balls to the mass of the powder, which is determined experimentally from the condition of achieving bulk density after shaking the required value.
Отличительная особенность описываемого изобретения заключается в следующем. Так как силовое воздействие на порошок оказывается шаром в одной точке, то легко добиться высоких усилий, а поскольку при качении шара таких точек образуется множество, достигается высокая эффективность обработки. Легкость управления скоростью шаров обеспечивает управляемость процессами измельчения и уплотнения порошка, происходящими в предлагаемом способе одновременно. Характер движения порошка в цилиндрической камере, совершающей плоско-параллельное вращение, обеспечивает хорошее перемешивание и агломерацию. Такая обработка позволяет легко регулировать плотность и прочность гранул, а также насыпные характеристики гранулята в широком диапазоне значений, что обеспечивает возможность управления пористостью и плотностью таблеток, не требуя высоких давлений прессования.A distinctive feature of the described invention is as follows. Since the force exerted on the powder turns out to be a ball at one point, it is easy to achieve high forces, and since there are many such points when the ball rolls, high processing efficiency is achieved. The ease of controlling the speed of the balls provides controllability of the processes of grinding and compaction of the powder occurring in the proposed method at the same time. The nature of the movement of the powder in a cylindrical chamber performing plane-parallel rotation provides good mixing and agglomeration. Such processing makes it easy to control the density and strength of the granules, as well as the bulk characteristics of the granulate in a wide range of values, which makes it possible to control the porosity and density of the tablets without requiring high pressing pressures.
Плотность и прочность гранул регулируется путем изменения угла наклона оси камеры и, вследствие этого, времени обработки порошка.The density and strength of the granules is regulated by changing the angle of inclination of the axis of the chamber and, consequently, the time of processing the powder.
Следует также подчеркнуть, что описываемый способ предполагает высокую гомогенизацию смесей, что позволяет эффективно использовать различные легирующие добавки, а также получать высококачественные топливные таблетки как с использованием закиси-окиси урана, так и без нее.It should also be emphasized that the described method involves a high homogenization of the mixtures, which makes it possible to efficiently use various alloying additives, as well as to obtain high-quality fuel pellets both with and without uranium oxide.
Реализация описываемого способа может быть проиллюстрирована возможностью получения качественных таблеток ядерного топлива из исходных порошков, полученных по различным технологическим схемам: аммонийдиуранат-процесс (АДУ), газопламенный, сухая конверсия. Обработка порошков осуществлялась стальными шарами в цилиндрической рабочей камере. Исходный порошок шнеком подавали в приемник. Весь макет устанавливался под нужным углом наклона к горизонту. Обработанный порошок (гранулят) поступал в устройство выгрузки.The implementation of the described method can be illustrated by the possibility of obtaining high-quality tablets of nuclear fuel from the starting powders obtained according to various technological schemes: ammonium diuranate process (ADU), gas-flame, dry conversion. The powders were treated with steel balls in a cylindrical working chamber. The original powder was fed by a screw into the receiver. The entire layout was installed at the desired angle to the horizon. The treated powder (granulate) entered the discharge device.
В полученный гранулят добавляли ~0,2% мас. стеарат цинка, окатывали смесь в биконическом барабане в течение 20 мин и подавали на прессование. Сырые таблетки имели достаточную прочность и хороший внешний вид. Спекание проводили в промышленной водородной печи BTU при температуре 1730…1750°С. Спеченные таблетки отличались равномерной структурой пористости. Крупные поры отсутствовали. Размер зерна составил ~10 мкм.~ 0.2% wt. Was added to the obtained granulate. zinc stearate; the mixture was doused in a biconical drum for 20 minutes and was pressed. Raw tablets had sufficient strength and good appearance. Sintering was carried out in a BTU industrial hydrogen furnace at a temperature of 1730 ... 1750 ° C. Sintered tablets had a uniform porosity structure. Large pores were absent. The grain size was ~ 10 μm.
В табл. 1 приведены характеристики гранулята и таблеток, полученных из порошка разного типа при различных режимах изготовления на установке в соответствии с предложенным способом и на установке в соответствии с прототипом.In the table. 1 shows the characteristics of granules and tablets obtained from different types of powder under various manufacturing conditions at the installation in accordance with the proposed method and at the installation in accordance with the prototype.
Одинаковый уровень качества таблеток достигается при времени обработки исходного порошка предлагаемым способом, по крайней мере, в шесть раз меньше, чем способом, описанным в прототипе.The same level of quality of the tablets is achieved when the processing time of the initial powder of the proposed method, at least six times less than the method described in the prototype.
В табл. 2 приведены результаты измерений характеристик исходного порошка и обработанного порошка (гранулята), полученного на полупромышленной установке.In the table. 2 shows the results of measurements of the characteristics of the initial powder and the processed powder (granulate) obtained in a semi-industrial installation.
В табл.3 представлены результаты изготовления таблеток из пресспорошка, приготовленного при двух различных значениях n (отношение массы шаров М к массе порошка m).Table 3 presents the results of the manufacture of tablets from a fresh powder prepared at two different values of n (the ratio of the mass of balls M to the mass of powder m).
В табл.4 представлены характеристики спеченных таблеток, изготовленных при различных давлениях прессования.Table 4 presents the characteristics of sintered tablets made at various pressing pressures.
Для иллюстрации возможности регулирования плотности без использования порообразователя из одной партии исходного порошка UO2 были изготовлены две партии гранулята при различных углах наклона камеры установки в расчете на получение таблеток с плотностью 10,55 и 10,45 г/см3. Характеристики спеченных таблеток приведены в табл. 5.To illustrate the possibility of density control without using a blowing agent, two batches of granulate were made from one batch of the initial UO 2 powder at different angles of inclination of the setup chamber, based on the preparation of tablets with a density of 10.55 and 10.45 g / cm 3 . Characteristics of sintered tablets are given in table. 5.
Таким образом, при реализации способа в результате одной операции осуществляют прямую трансформацию исходных порошков различных типов в пресспорошок (гранулят) с высокими насыпными характеристиками, обеспечивающими регулирование пористости и плотности спеченных таблеток без использования порообразующих добавок при низких давлениях прессования.Thus, when implementing the method, as a result of one operation, direct transformation of the initial powders of various types into a fresh powder (granulate) with high bulk characteristics, which control the porosity and density of sintered tablets without the use of pore-forming additives at low compression pressures, is carried out.
Claims (3)
где D0 - внешний диаметр орбиты вращения камеры;
D - внутренний диаметр камеры;
d - диаметр шара;
g - ускорение свободного падения.2. The method according to claim 1, characterized in that the radius of the orbit A and the frequency ω of the rotation of the chamber is determined from the conditions
where D 0 is the outer diameter of the orbit of rotation of the chamber;
D is the inner diameter of the chamber;
d is the diameter of the ball;
g is the acceleration of gravity.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007111764/06A RU2358342C2 (en) | 2007-03-30 | 2007-03-30 | Method of making nuclear fuel tablets |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007111764/06A RU2358342C2 (en) | 2007-03-30 | 2007-03-30 | Method of making nuclear fuel tablets |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2358342C2 true RU2358342C2 (en) | 2009-06-10 |
Family
ID=41024928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007111764/06A RU2358342C2 (en) | 2007-03-30 | 2007-03-30 | Method of making nuclear fuel tablets |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2358342C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU566712A1 (en) * | 1974-09-03 | 1977-07-30 | Предприятие П/Я М-5613 | Apparatus for lapping closed spherical surfaces |
| SU694211A1 (en) * | 1977-12-12 | 1979-10-30 | Усть-Каменогорский Строительно-Дорожный Институт | Drum mill |
| SU952325A1 (en) * | 1980-06-03 | 1982-08-23 | Красноярский Политехнический Институт | Planetary mill |
| RU2165651C1 (en) * | 2000-02-18 | 2001-04-20 | Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" | Method for producing nuclear fuel pellets |
| KR20020092881A (en) * | 2002-11-20 | 2002-12-12 | (주)제일라텍스 | Rotating drum of the ball-mill for crushing raw materials of rubber gloves |
| JP2003340300A (en) * | 2002-05-27 | 2003-12-02 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Ball mill |
-
2007
- 2007-03-30 RU RU2007111764/06A patent/RU2358342C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU566712A1 (en) * | 1974-09-03 | 1977-07-30 | Предприятие П/Я М-5613 | Apparatus for lapping closed spherical surfaces |
| SU694211A1 (en) * | 1977-12-12 | 1979-10-30 | Усть-Каменогорский Строительно-Дорожный Институт | Drum mill |
| SU952325A1 (en) * | 1980-06-03 | 1982-08-23 | Красноярский Политехнический Институт | Planetary mill |
| RU2165651C1 (en) * | 2000-02-18 | 2001-04-20 | Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" | Method for producing nuclear fuel pellets |
| JP2003340300A (en) * | 2002-05-27 | 2003-12-02 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Ball mill |
| KR20020092881A (en) * | 2002-11-20 | 2002-12-12 | (주)제일라텍스 | Rotating drum of the ball-mill for crushing raw materials of rubber gloves |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4138360A (en) | Fugitive binder for nuclear fuel materials | |
| KR101117085B1 (en) | Method for the production of nuclear fuel pellets | |
| RU2158030C2 (en) | Method and apparatus for fabrication of tabletted fuel for heat- generating elements | |
| JP2761225B2 (en) | Method for producing nuclear fuel pellets based on mixed oxide (U, Pu) O 2 | |
| JPH09171090A (en) | Manufacture of nuclear fuel pellet wherein mixed oxide of uranium and plutonium is main component and organic sulfur compound is added | |
| CN111032205B (en) | Method for preparing a powder containing uranium oxide, optionally plutonium oxide, and optionally americium oxide and/or other minor actinide oxides | |
| RU2358342C2 (en) | Method of making nuclear fuel tablets | |
| EP0797828B2 (en) | Manufacturing ceramic articles | |
| GB2038073A (en) | Method for homogenizing mixed oxide nuclear fuels | |
| JP2650938B2 (en) | Pellet manufacturing method | |
| RU2253913C2 (en) | Mode of receiving fuel pellets for heat-generating elements out of uranium dioxide | |
| Balakrishna et al. | Uranium dioxide powder preparation, pressing, and sintering for optimum yield | |
| RU2569928C2 (en) | Method of producing pelleted fuel for fuel elements | |
| Tiegs et al. | Sphere-cal process: fabrication of fuel pellets from gel microspheres | |
| RU2750780C1 (en) | Method for uranium-gadolinium nuclear fuel producing | |
| RU2199161C2 (en) | Method for producing nuclear fuel pellets primarily for fast reactors | |
| US7992811B2 (en) | Process for the manufacture of a particulate material and particulate material obtained by this process | |
| RU2165651C1 (en) | Method for producing nuclear fuel pellets | |
| US3146281A (en) | Production of round particles of ceramic material | |
| US7919023B2 (en) | Process for the manufacture of a dense nuclear fuel material | |
| RU2303300C2 (en) | Method for producing pelletized fuel for fuel elements | |
| RU2210821C2 (en) | Method and device for producing pelletized fuel for fuel elements | |
| RU2225047C2 (en) | Method for dry treatment of nuclear fuel scrap of mixed uranium and plutonium dioxides | |
| RU2183035C2 (en) | Method for producing homogeneous nuclear fuel | |
| RU2344502C2 (en) | Method of producing tableted fuel for nuclear reactor heat-emitting elements and production line to this effect |