DE2039212A1

DE2039212A1 - Ofen zum kontinuierlichen Sintern in kontrollierter Atmosphaere

Info

Publication number: DE2039212A1
Application number: DE19702039212
Authority: DE
Inventors: Bernard Aubry; Jacques Gillot; Yves Masselot; Albert Teboul
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1969-08-08
Filing date: 1970-08-06
Publication date: 1971-03-18
Also published as: US3708157A; CA943763A; FR2055946A5; DE2039212B2; JPS4927917B1; BE753449A; GB1276229A

Description

PATENTANWALT

DR. HANS ULRICH MAY D B MÖNCHEN 2, OTTOSTRASSE 1 a O Λ O Q O A TELEORAMME: MAYPATENT MÜNCHEN £. U ν? <£. I TELEFON CO81O 593682

B 3374«3 JF München, 6. August 1970

Mr.M./he

CP 350/875
CG 350/875 a

Commissariat ä 1*Energie Atomique in Paris / Frankreich

Ofen sum kontinuierlichen Sintern in kontrollierter Atmosphäre

Die Erfindung betrifft einen Ofen zum kontinuierlichen Sintern von Tabletten aus keramischem Kernbrennstoff material, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, Tabletten von uran- und/oder Plutoniumoxyd, in neutraler oder reduzierender Atmosphäre.

Die Herstellung von Tabletten aus Kernbrennstoffmaterial durch Sintern erfordert im Verlauf der Formgebung die Zugabe von organischen Bindemitteln, die durch eine dem eigentlichen Sintern vorangehende Wärmebehandlung, das sogenannte Vorwärmen, ausgetrieben und aufgefangen werden müssen. Da die Wärmebehandlungen in kontrollierter Atmosphäre durchgeführt werden müssen, müssen Maßnahmen ergriffen verden, daß die Bindemittel oder die freigesetzten Nebenprodukte der Zersetzung nicht in die Sinterzone diffundieren und dort einen Einfluß ausüben. Außerdem erfordert jede Arbeit mit Plutonium eine dichte Anlage, um die Alpha-Verunreinigung su vermeiden·

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Die Erfindung bezweckt einen Ofen zum Iontinuierliehen Sintern von Tabletten aus keramischen Kernbrennstoffmaterial in neutraler oder reduzierender Atmosphäre, der besser als die bisherigen öfen den praktischen Anforderungen und insbesondere den oben angegebenen Forderungen entspricht«

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Ofen vorgeschlagen, der eine rohrförmige Kammer mit vaagrechter Achse aufweist, die mit einer längs der Kammer verteilten Heizvorrichtung versehen ist und ferner folgende Merkmale aufweistt Eine Sohle für die Langsverschiebung von die Tabletten enthaltenden Schiffchen, einen Kreis zur Aufrechterhaltung der neutralen oder reduzierenden Atmosphäre und zum Abziehen des Bindemittels» der an den beiden Ofenenden Vorrichtungen zum Einblasen von neutralem oder reduzierendem Gas und in einer zwischen der Vorwärmzone und der Sinterzone liegenden Mittelzone Vorrichtungen Eum Ansaugen von Gas und zur Kondensation des darin enthaltenen Bindemittels aufweist» und Fördervorrichtungen, welche mit einer am einen Ende des Ofens angeordneten Einlaß~ schleuse und einer am anderen, Ende des Ofens angeordneten Auslaßschleuse für die Schiffchen susammenwirken, um die Schiffchen längs der Sohle von der Einlaßschleuse bis zur Auslaßschleuse weiterzu~ befördern.

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung einer nur als Beispiel angegebenen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ofens. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen. Hierin seigent

Fig. 1 eine Draufsicht des Ofens, teilweise im Schnitt; Fig« 2 einen Schnitt längs H-II aer Fig. 1 in größerem Maßstab.

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Den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Sinterofen kann man sich zusammengesetzt denken aus einer den eigentlichen Ofen A begrenzenden rohrförmigen Kammer* eineram einen Ende angeordnete Einlaßschleuse 6 und einer am anderen Ende angeordnete Auslaßschleuse C; sovie einer Fördervorrichtung zur Weiterbeförderung der mit Tabletten beladenen Schiffchen längs der Kammer. Der eigentliche Ofen A weist _f abgesehen von der Kammer, noch Vorrichtungen zum Heizen, zum Aufrechterhalten der kontrollierten Atmosphäre und zum Absaugen und zur Kondensation der Bindemittel auf. Die Schleusen wirken ihrerseits mit einer Einführungs- bzw. Austragvorrichtung zusammen. Diese Systeme werden nun nacheinander beschrieben.

Die den eigentlichen Ofen begrenzende Kammer wird durch eine Reihe nebeneinander gesetzter Blöcke gebildet, die jeder eine bestimmte Funktion erfüllen. Die beispielsweise aus Molybdän bestehenden Schiffchen 6 durchlaufen nacheinander diese Blöcke auf einer Längssohle 8 (Fig. 2).

Man bemerkt zunächst, in der Bewegungsrichtung der Schiffchen,einen kursen Block 10 ohne Heizelemente, der als Übergang von einer Verbindungskammer 11 her dient, in die die Einlaßschleuse B mündet. Es schließt sich ein mit Heizelementen versehener Vorwärmblock 12 an, welcher die Tabletten auf eine Temperatur in der Größenordnung Von 1200⁰C bringen soll. Auf diesen Vorwärmblock 12 folgt ein kurzer Block 14t der mit Ansaugstutzen 16 versehen ist, durch die das Absaugen der Bindemittel und ihrer Folgeprodukte erfolgt. Diese Absaugstutzen münden in Kondensatoren 18, an denen sich die zurückzuhaltenden Produkte abscheiden. Es schließen sich dann -zwei Sinterblöcke 20 und 22 an, die mit Heizelementen versehen sind und in denen die erforderliche Höchsttemperatur, beispielsweise 1700⁰C,

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herrscht. Schließlich/an den zweiten Sinterblock 22 ein konischer Block 24 angeschlossen_t der durch einen Tablettenkühlkreis (Wassermantel 25) verlängert ist und in einer Verbindungskammer 26 mündet.

Jeder der Blöcke ist von einem zusammengesetzten Ofengefäß aus niedrig gekohltem Stahlblech begrenzt· Jedes Ofengefäß ist doppelwandig ausgebildet, wobei der Zwischenraum zwischen den beiden Wänden einen Kühlwasserkreislauf bildet» und ist innen mit feuerfesten Ziegeln ausgekleidet. Die aufeinander folgenden Blöcke sind durch Flansch- und Bolzenkupplungen zwischen den Ofengefäßen abnehmbar miteinander verbunden, wobei Ringdichtungen die Abdichtung gewährleisten. Die Ofengefäße ruhen auf einem Sockel, durch den das Medium ein- und austritt« Um das Herausnehmen eines bestimmten Blockes zu erleichtern, können die Ofengefäße mit Rollen versehen sein, um ihre Verschiebung quer zum Sockel zu ermöglichen. Falls erforderlich kann ein Abschnitt ohne wesentliche KontÄ^inierung des BetriebsrauK.es ersetzt werden, indem vorübergehend ein Kunststoff arbeitszeit dicht mit eiern Sockel verbunden angebracht wfjid.

Die Heizvorrichtungen» mi ζ άβικΐΐι die Blöcke 12» 20 und 22 versehen sind, bestehen aus Wider rill;;.: α en 30 (F igt 2), die spulenförmig aufgewickelt und an Kerainikstäben 31 mit teils Klammern aus Molybdän befestigt sind und mit der Solile eine Arbeitskammer 32 bilden.

Diese Kammer erstreckt sich XäayS les Ofens und sorgt für eine

gute Verteilung des wärmeflußes. Die Arbeitskammer 32 besitzt im Mittelblock 14 eine VerbinciüriQ" sd/t den Kondensatoren 18«

Eine geeignete Atmosphäre Έί';^;<;] : : Ofen durch einen Kreis aufrecht

erhalten, der an den 1. eicioi : ι.ά^^,ι angeordnete Ziif^lhrungsleitungen

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aufweist. Wie in Fig. 1 ersichtlich, führt unmittelbar stromaufvärts vom kurzen Block 10 eine Gaszuleitung 34 in die Arbeitskammer, während eine Gaszuleitung 36 für das gleiche Gas im Inneren des Kühlblocks 24 im Arbeitsrohr mündet. Eine weitere Leitung 38 führt etwas stromabwärts vom Block 24 Gas zum Druckausgleich zu« Art und Menge des eingesetzten Gases sind so gewählt, daß die Zusammensetzung der Atmosphäre in den gewünschten Grenzen gehalten wird. Die Atmosphäre kann insbesondere aus reinem Wasserstoff, reinem Argon oder besser noch den Gemischen Argon-Wasserstoff oder Helium-Wasserstoff bestehen.

An die Verbindungskammern 11 und 26 des eigentlichen Ofens schließen sich die Einlaßschleuse B und Auslaßschleuse C sowie ihre zugehörigen Einrichtungen an, wodurch die Gesamtanlage des Ofens eine ü-förmige Gestalt erhält.

Die Einlaßschleuse B ist durch eine aus Stahlblech zusammengeschweißte Kammer begrenzt. Die besitzt auf der Seite des Ofens eine Isoliertür 40, die durch einen (nicht gezeigten) Verriegelungsmechanismus mit Arbeitszylinder in der Schließstellung blockiert und quer verschoben werden kann, um einen Durchgang von der Schleuse zur Verbindungskammer 11 freizugeben.

Die Schleuse weist feiner der Isoliertür 40 zugewandt eine Eingangstür 42 auf, die mit einem Einführungszylinder 44 fest verbunden ist. Dieser Zylinder verschiebt sich gleichzeitig mit einer Ladeschurre

sechs
46, au£ der /Schiffchen 6 Platz finden, quer in einer Handschuh«

kammer 45» Wenn die Gesaißtanordnung von der Schließstellung der Eingangstür (die in P¹Jg. 1 gezeigte Stellung) bis zu der vorgesehenen ν π -.. Ue^i,ton i>ntfr-rr>t:oii fjtX'li.^'Kj verschoben wird, bringt die -

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Schurre die Schiffchen in die in Fig. 1 strich-punktiert gezeigte Stellung gegenüber der Schleuse. Ein Arbeitszylinder 47 ermöglicht dann die Einführung der Schiffchen der Schurre 46 in die Schleuse.

Nach dem Einführen der Schiffchen 6 durch die Schleuse in die Verbindung skammer können diese eines nach dem anderen durch einen S.tempel 48 erfaßt und auf die* Sohle gebracht werden. Jedesmal, wenn der Stempel 48 nach Einführung eines Schiffchens zurückläuft, bewirkt der Arbeitszylinder 44 den Vorschub der Schiffchen um einen Schritt. Dieser Stempel kann entweder durch einen Motor mit langsamer Vorwärtsgeschwindigkeit oder durch einen Motor mit rascherem Rücklauf als der obige betätigt werden, Es sind elektromechanische Kupplungen vorgesehen, weiche die Inbetriebnahme des einen oder

der

anderen/Motoren 50 und 52 ermöglichen. Als Verbindung zwischen dem angetriebenen Teil jeder Kupplung und den Stempel 48 selbst kann ein Kitzel mit Zahnstange dienen·

Die Aualaßschleuse C besitzt einen ähnlichen Aufbau wie die Einlaßschleuse B. Ein Aiis'st* >ß«Arbeit?Ä>ⁱlinder 54 ermöglicht das Herausdrücken der Schiffchen ans der Verlandimg skater 26 in das Innere der Schleuse C. Diese i.it: vie dl ' iialsßschleuse lurch eine Isoliertür 56 und eine Auslaßtür 58 begrenzt. Ein Zugzylinder 60 ermöglicht, eine die Gesamtheit der in der Schleuse befindlichen Schiffchen tragende Schaufel in einem einzigen Arbeitsgang herauszuziehen» wenn diese voll beladen ist« Die Schiffchen werden anschließend aus eier Handschuhkammer 61 herausgenommen

Die Arbeitsweise des OJ-'eir·" ergibt sich aus der itu.gt _:, Beschreibung

und wird daher nur kuv't. 1 !>.*;.■(jelegt... Zunächst: se' ?.rK, ..rw,...., aaS

der Ofen in Beti'ieb ist uao aie Eingangs- bs»'« Ai;,s_y ._; j st ir, w; 42 und

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58 geschlossen sind, um die vom Ofen A selbst» den Verbindungskammerη 11 und 26 und den Schleusen gebildete Anlage zu isolieren· Die' Schleusen enthalten so die gleiche Atmosphäre vie der Ofen· Ein

sechs /

Satz von / Schiffchen 6, velche mit den zu sinternden Tabletten gefüllt sind, vird auf die Ladeschurre 46 gestellt·

Wenn der Einführungs-Arbeitszylinder 44 den Stempel vor das letzte von der Einlaßschleuse-kommende Schiffchen bringt, bevirkt er durch einen nicht gezeigten Bndschalter eine ganze Folge von Maßnahmen, die, wie aus dem folgenden ersichtlich, das Sintern der bereits in den Ofen A eingeführten Tabletten nicht unterbrechen. Diese Folge beginnt mit dem Einschalten von (nicht gezeigten) Arbeitszylindern zum Schließen der Isoliertür 40, worauf diese auf ihren Sitz gedrückt wird. Die nunmehr hermetisch verschlossene Einlaßschleuse vird mit Stickstoff gespült. Arbeitszylinder (nicht gezeigt) entriegeln das mechanische System, welches die Eingangstür 42 kraftschlüssig (positiv) zurückhält. Der Einführungs-Arbeitszylinder wird ebenso vie die Tür 42 zurückgezogen. Dann verden der Einführungs-Arbeitszylinder 44 und die Ladeschurre 46 quer verschoben, bis letztere vor die Eingangsttir der Schleuse B gelangt. Nun tritt der Beladungs-Arbeitszylinder 47 in Tätigkeit, drückt die Gesamtheit der Schiffchen in die Schleuse und läuft vieder zurück. Es verden dann die Arbeitszylinder 44 und 47 wiederum quer verschoben, um sie in ihre Ausgangsstellung zurückzubringen, und der Einführungs-Arbeitszylinder 44 und die Tür 42 werden erneut vorwärts bewegt, um letztere gegen ihren Sitz zu drücken. Die Tür 42 vird dann durch mechanische Vorrichtungen, vie durch Arbeitszylinder gesteuerte Stellschmiegen, verriegelt. Gegebenenfalls vird eine mit der Schleuse verbundene Pumpe eingeschaltet, um diese zu evakuieren.

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Dann wird falls erforderlich das Schutzgas eingelassen· Schließlich vird die Isoliertür 40 geöffnet.

sechs

Am Ende dieser Arbeitsfolge ist der Ofen gefüllt, und / Schiffchen sind zur Einführung bereit. Bs sei bemerkt» daß während der ganzen Dauer dieser Arbeitsgänge der mechanische Vorschub der bereits unter der Einwirkung des Stempels 48 stehenden Schiffchen 6 keine Unterbrechung erfahren hat.

Der Stempel 48 erfaßt dann die Schiffchen eines nach dem anderen, um sie in den Ofen A einzuführen. Wenn dieser Stempel vom Vorschubmotor 50 angetrieben das Ende der Laufstrecke erreicht, muß er ein neues Schiffchen erfassen. Zu diesem Zweck ist ein Endschalter vorgesehen, der seinen Rücklauf bewirkt. Das Ende der Rücklaufbewegung bewirkt den Vorschub des Einführungskolbens 44, bis das erste Schiffchen der Schleuse B gegen den Kontakt 62 drückt. Der Arbeitszylinder 44 wird dann angehalten» und das Schiffchen befindet sich in der gewünschten Stellung, Der Stempel 48 läuft unter der Wirkung des Vorschubraotors wieder nach vorn. Wie ersichtlich, wird der kontinuierliche Vorschub der Reihe von Schiffchen 6 beim Rücklauf des Stempels 48. und VV^^chub des Arbeitszylinders 44 nur kurz» etwa 30 Sekunden bis 1 Minute, unterbrochen. Die Schiffchen durchlaufen so den kurzen Einftihrungsblock 10, den Vorwärmblock 12, den Zwischenblock 14» die Heizblöcke 20 und 22 und den lühlblock 24. Die Schiffchen sind kalt, wenn, sie vor den. Kontakt 64 gelangen, der den Vorschub des Arbeitszylinders 54 bewirkt. Dieser Arbeitszylinder schiebt das Schiffchen in die Auslaßschleuse C. Venn das sechste Schiffchen vom Arbeitszylinder 54 eingeführt worden ist, wird automatisch der Austragzyklus ausgelöst, der folgende Schritte umfaßt:

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Rücklauf des Arbeitszylinders 54»
Schließen der Isoliertür 56?
Spülen de* Schleuse C;
Entriegeln der Ausgangstür 58;

Rücklauf des Arbeitszylinders 60» welcher die Tür 58 und eine Austragschurre mitnimmt, die in der Schleuse angeordnet ist und auf der sich die Schiffchen befinden.

Die Schiffchen werden dann von Hand herausgenommen, und die Bedienungsperson löst von Hand den weiteren Verlauf des automatischen Zyklus aus, der folgende Schritte umfaßt: m Vorschub des Arbeitszylinders 60, wodurch die Schurre in die Auslaßschleuse C zurückgeschoben und die Tür 58 gegen ihren Flansch gedrückt wird;

Mechanische Verriegelung der Ausgangstür 58 mittels durch Arbeitszylinder gesteuerter Stellschmiegen;
Leerpumpen der Schleuse C;

Einführen einer Atmosphäre, die der des Ofens entspricht; öffnen der isoliertür 56. .

sechs Jj

Die Ausgangsschleuse ist dann zur Aufnahme von / neuen Schiffchen bereit. Wie ersichtlich hat auch während der Dauer dieser Arbeitsschritte der mechanische Vorschub ununterbrochen funktioniert.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Ofens ergeben sich deutlich: Der Gasstrom garantiert eine ausgezeichnete Spülung der Stücke in der Schubrichtung für die Vorwärmzone und im Gegensinn in der Sinterzone, wobei diese Maßnahme die Abführung der Bindemittel und den Wärmezyklus begünstigt. Die Gasgeschwindigkeiten können so gewählt werden, daß im Zwischenb3.ock das mit Bindemitteln beladene

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Gas nicht bis zur Sinterzone zurückströmen kann. Der Kondensator kann infolge seiner Anordnung mittels Handschuhkammer zugänglich ausgebildet sein, um das Abnehmen der aufgefangenen Bindemittel zu ermöglichen. Infolge seiner Abschnitt-Konstruktion;ermöglicht der Ofen einen raschen Austausch von Innenteilen, falls erforderlich, trotz der lontaiminierungsgefahr· Der Betrieb kann sehr weitgehend aromatisiert werden. Die Spulenstruktur der Heizelemente garantiert eine gute thermische Homogenität über den gesamten Querschnitt .

Ein Ofen des oben angegebenen erfindungsgemäßen Typs wurde hergestellt, um Tabletten von gemischten Oxyd TO₂-PuO₂ in reduzierender Atmosphäre zu sintern« Dieser Ofen besaß eine Produktionsleistung von 1 Tonne Rohprodukt pro Monat* ma.3 etwa 6,5 m Länge über alles und hatte eine Leistungsaufnahme von etwa

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Claims

Patentansprüche t

1.) Ofen zum kontinuierlichen Sintern von Tabletten aus keramischem !Cernbrennstoffmaterial in neutraler oder reduzierender Atmosphäre» der eine rohrförmige Kammer mit horizontaler Achse., aufweist» die mit längs der Kammer verteilten Heizvorrichtungen und einer Sohle für die Längsverschiebung von die Tabletten enthaltenden Schiffchen versehen ist.mit Vorrichtungen zum Einführen der Schiffchen an einem Ende des Ofens» zur Veiterbeförderung der Schiffchen längs der Sohle und zum Austragen der Schiffchen am anderen Ende versehen ist und einen Kreis zum Aufrechterhalten der neutralen oder reduzierenden Atmosphäre und zum Abziehen von Bindemitteln aufveist, der an den beiden Enden des Ofens Einführungsvorrichtungen(34» 3β) für Neutralgas oder reduzierendes Gas und in einem Zwischenbereich zwischen der Vorsinterzone und der Sinterzone Gasansaugvorrichtungen und Kondensationsvorrichtungen für das im Gas enthaltene Bindemittel aufveist» wobei die Zonen durch unabhängige, durch dichte abnehmbare Kupplungen miteinander verbundene rohrförmige Blöcke begrenzt sind. -

2.) Ofen nach Anspruch 1.) dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Blöcke mit unabhängigen Rollen für das Hollen auf einem feststehenden Sockel versehen sind.

3·) Ofen nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugvorrichtungen mit den die Bindemittel zurückhaltenden Kondensatoren verbunden sind.

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4.) Ofen nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßschleuse eine Isoliertür (40) aufweist, die quer verschoben werden kann, um einen Durchgang von der Einlaßschleuse zu einer gegenüber der Sohle vorgesehenen Verbindungskaauner freizumachen, und eine mit einem Einführungs-Arbeitszylinder (44) versehene Eingangstür (42) vorgesehen ist und der letztgenannte Arbeitszylinder zugleich mit einer Ladeschurre (46) auf der mehrere Schiffchen Platz finden können, quer verschiebbar ist.

5.) Ofen nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Weiterbeförderung der Schiffchen einen Stempel (48) aufweist, der mit der Sohle und der Verbindungskammer in einer Richtung liegt und mit einer Antriebsvorrichtung ausgerüstet ist.

6.) Ofen nach Anspruch 5 dadurch gekennezichnet, daß die Antriebs-

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vörrich/einen langsamen Vorschubmotor, einen schnellen Rücklaufmotor und elektromechanisch« Kupplungen, wodurch der Stempel mit dem einen oder anderen der Motoren gekuppelt werden kann, aufweist,

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