DE2554422C2 - Furnace for continuous sintering in a controlled atmosphere for automated operation - Google Patents
Furnace for continuous sintering in a controlled atmosphere for automated operationInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Ofen zum kontinuierlichen Sintern von Tabletten aus keramischem Kernbrennstoffmaterial, welcher die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruches 1 aufweist.The invention relates to a furnace for the continuous sintering of tablets made of ceramic nuclear fuel material, which furnace has the features of the preamble of claim 1.
Die Herstellung von Tabletten aus Kernbrennstoffmaterial umfaßt die Formgebung eines mit Bindemittel versetzten pulverförmigen Kernbrennstoffs und anschließend eine Wärmebehandlung, welche die Bindemittel austreibt, und schließlich ein Erhitzen in kontrollierter neutraler oder reduzierender Atmosphäre, in dessen Verlauf das eigentliche Sintern erfolgt.The manufacture of tablets from nuclear fuel material involves molding one with a binder mixed powdered nuclear fuel and then a heat treatment, which drives off the binders, and finally a heating in controlled neutral or reducing atmosphere, in the course of which the actual sintering takes place.
Durch die Erfindung soll ein Ofen geschaffen werden, in dem das zu sinternde Material automatisch kontinuierlich und dauernd in der gewählten kontrollierten Atmosphäre geführt wird. Außerdem soll das Abziehen der Bindemittel zweckmäßigerweise in einer nahe bei der Vorwärmzone liegenden Zone erfolgen,The invention is intended to create a furnace in which the material to be sintered is automatically and continuously guided in the selected controlled atmosphere. Besides, that should The binders are expediently removed in a zone close to the preheating zone, um die Verunreinigung des Materials beim Sintern durch die bei-der Zersetzung der Bindemittel entstehenden Gase zu vermeiden.in order to avoid contamination of the material during sintering by the gases produced during the decomposition of the binding agent.
Diese Aufgabe wird durch einen Ofen gelöst, der die Merkmale des Patentanspruches t aufweist.This problem is solved by a furnace that the Features of claim t has.
Bevorzugte Ausffthrungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Preferred embodiments of the invention emerge from the subclaims.
Gemäß den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen verschieben sich ίο die Schiffchen in einem geschlossenen Kreislauf. Die Gesamtheit der Arbeitsgänge verläuft automatisch und in kontrollierter Atmosphäre.According to the features specified in the characterizing part of claim 1 move ίο the shuttle in a closed circuit. the The entirety of the work processes takes place automatically and in a controlled atmosphere.
folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, diefollowing description of an embodiment, the
;5 sich auf die einzige Figur bezieht, weiche einen ; 5 refers to the only figure soft one erfindungsgemäßen Sinterofen schematisch in Ansicht,Sintering furnace according to the invention schematically in view, teilweise im Schnitt, zeigtpartly in section, shows
Der gezeigte Ofen weist im wesentlichen einen zylindrischen Ofen A auf, der mit nicht gezeigten Heizvorrichtungen versehen ist Als Heizvorrichtungen dienen über seine Länge verteilte elektrische Heizwiderstände. Das eine Ende des Ofens ist mit einer Einlaßschleuse B zum Einführen und das andere Ende mit einer Auslaßschleuse C zum Ausführen der mit den ^5 gesinterten Tabletten beladenen Schiffchen verbunden. Die beiden Schleusen sind durch ein Förderband D verbunden, das eine Handschuhkammer EdurchläuftThe furnace shown has essentially a cylindrical furnace A which is provided with heating devices (not shown). Electrical heating resistors distributed over its length serve as heating devices. The one end of the furnace is provided with an inlet lock for introducing B and the other end with an outlet lock C connected for executing said loaded with sintered pellets ^ 5 boat. The two locks are connected by a conveyor belt D which runs through a glove chamber E
Der Ofen A weist acht zylindrische Blöcke 7i bis Tg auf. Ti ist ein Vorwärmblock, T2 ein Absaugblock, aus x> dem die Bindemittel in einen Kondensator 1 evakuiert werden, und die Blöcke T3 bis T8 sind Sinterblöcke.The furnace A has eight cylindrical blocks 7i to Tg . Ti is a pre-heat block, T 2 is a Absaugblock, the binder to be evacuated to a condenser from 1 x>, and the blocks T 3 to T 8 are sintered blocks.
Nicht gezeigte Kühlschlangen sind durch Anlöten rings um den Kondensator 1 und die Ofenblöcke befestigt. Auf diese Weise wird die Gefahr eines J5 Wassereinbruchs in den Ofeninnenraum ausgeschlossen, welche bei einer Kühlung mittels Kühlmantel gegeben wäre und zu einer Explosion infolge des raschen Verdampfens des Wassers und zum Auftreten eines kritischen Zustands durch die Berührung des ίο Wassers mit den spaltbaren Stoffen führen könnte.Cooling coils, not shown, are soldered around the condenser 1 and the furnace blocks attached. This eliminates the risk of water ingress into the furnace interior, which is the case with cooling by means of a cooling jacket and an explosion due to the rapid evaporation of the water and occurrence could lead to a critical condition through contact of the ίο water with the fissile materials.
einem Anschlußstück 3 zur Verbindung mit dera connector 3 for connection to the
•»5 Anschlußstück 3 der Stempel eines Arbeitskolbens 5,• »5 connecting piece 3 of the punch of a working piston 5, der eine schrittweise Verschiebung der durchgehendenof a gradual shift of the continuous
ίο betätigt, wobei die Rücklaufbewegung durch einenίο actuated, with the return movement being controlled by a
Die Einlaßschleuse B ist mit zwei Türen P\ und P2 und zwei Arbeitszylindern V3 und V4 ausgerüstet.The inlet lock B is equipped with two doors P \ and P 2 and two working cylinders V 3 and V 4 .
■'"> befestigt, das sich in einem Anschlußstück 6 fortsetzt, in■ '"> attached, which continues in a connector 6, in dem eine Gaszuleitung 7 mündet und in das sich einwhich opens a gas supply line 7 and into which
mit der Auslaßschleuse Cdurch eine Tür P3 verbunden.connected to the outlet lock C through a door P 3 .
(Λ linder Vi und eine Verbindungstür Pa auf, die zu einem (Λ linder Vi and a connecting door Pa that leads to a geschlossenen Gang 8 führt, in dem das Förderband D closed aisle 8 leads, in which the conveyor belt D läuft.runs.
Die Schleusen öund Csind beide mit nicht gezeigten Rohrleitungen verbunden, die zum Einleiten und <" Absaugen eines Gases dienen, so daß beide Schleusen jederzeit eine Atmosphäre enthalten können, die der Atmosphäre im stromaufwärts oder stromabwärts liegenden Bereich entspricht, mit dem die Schleuse inThe locks ö and C are both with not shown Pipelines connected, which are used to introduce and <"suction of a gas, so that both locks at any time may contain an atmosphere that is either upstream or downstream lying area corresponds to with which the lock in
Verbindung gebracht werden soll.Should be connected.
Die zu sinternden Tabletten, die beispielsweise aus einem gemischten Uran-Plutoniumoxid bestehen, werden in kleine Behälter oder Schiffchen-Einsätze 9 aus Metall, z, B. Molybdän, gefüllt, die jeder etwa 1,5 kg Kernbrennstofftabletten enthalten.The tablets to be sintered, which for example consist of a mixed uranium-plutonium oxide, are in small containers or boat inserts 9 made of metal, e.g. molybdenum, filled, each about 1.5 kg Contains nuclear fuel pellets.
Die so gefüllten Schiffchen-Einsätee werden in Richtung des Pfeils 10 in die Handschuhkammer E eingeführt Anschließend bringt man durch Fördervorrichtungen, die nicht dargestellt sind, zwei Schiffchen-Einsätze zum Ladeplatz 11, wo ein Arbeitszylinder Vx sie in ein Schiffchen 14 verschiebt, das durch das Transportband D in die gegenüberliegende Stellung gebracht wurde.The thus filled shuttle inserts are introduced in the direction of arrow 10 into the glove compartment E. Then, by means of conveying devices (not shown), two shuttle inserts are brought to the loading area 11, where a working cylinder V x pushes them into a shuttle 14 which passes through the conveyor belt D was brought into the opposite position.
In der Handschuhkammet E befindet sich neben der Ladestelle 11 die Abladestelle 13, die einen Arbeitszylinder Vi aufweist, welcher die mit gesinterten Tabletten beladenen Schiffchen-Einsätze aus den Schiffchen 14 herausstößt Die Schiffchen-Einsätze werden in eine Lagerstellung gebracht, bevor sie in Richtung des Pfeils 12 aus der Handschuhkammer herausgeführt werden. Detektoren D\ und Dj sorgen für die Koordinierung des Förderbandvorschubs und der Bewegungen d?r Arbeitszylinder Va und V1, wie im folgenden dargelegtIn the glove compartment E , next to the loading point 11, there is the unloading point 13, which has a working cylinder Vi , which pushes the shuttle inserts loaded with sintered tablets out of the shuttle 14. The shuttle inserts are brought into a storage position before they move in the direction of the arrow 12 can be led out of the glove chamber. Detectors D \ and Dj ensure the coordination of the conveyor belt feed and the movements of the working cylinders V a and V 1 , as set out below
Zwei Schiffchen-Einsätze 9 werden am Ladepfatz 11 durch den Arbeitszylinder VJ auf ein Sinterschiffchen 14 geschoben. Während dieses Arbeitsganges steht das Förderband D still. Das Sinterschiffchen Hegt in einer festgelegten Aufnahmestellung.Two boat inserts 9 are pushed onto a sintering boat 14 at the loading point 11 by the working cylinder VJ. During this operation, the conveyor belt D is at a standstill. The sintering boat lies in a fixed receiving position.
Das Förderband wird eingeschaltet und durch einen jo Endschalter automatisch stillgesetzt, wenn das Sinterschiffchen am Eingang der Einlaßschleuse B ankommt Die Türen Px und Pi der Einlaßschleuse B, die durch ein Gas gleich dem in der Kammer Zf enthaltenen Gas, z. B. Stickstoff, gespült ist, sind geschlossen. Nach dem Füllen r, der Einlaßschleuse mit Stickstoff wird die Tür P\ geöffnet, und die Arbeitszylinder V2 und Vj drücken das Sinterschiffchen in die Einlaßschleuse B. Die Tür P\ wird wieder geschlossen. Aus der Einlaßschleuse B wird der darin enthaltene Stickstoff evakuiert, und die Schleuse -»o wird dann mit dem beim Sintern benutzten Gas, z. B. Wasserstoff, gefüllt Dann wird die Tür P2 geöffnet, und der Arbeitszylinder Vt, drückt das Sinterschiffchen in das Anschlußstück 3, wobei sich der Arbeitszylinder V5 in seiner zurückgezogenen Stellung befindet. Dann wird 4-. die Tür P7 geschlossen, und der Arbeitszylinder V5 drückt das Sin?erschiffchen in Richtung des Ofens.The conveyor belt is turned on and shut down automatically by a jo limit switch when the sintering boats at the entrance of the inlet lock B arrives The doors Px and Pi of the inlet lock B, by a gas identical to the gas contained in the chamber Zf, z. B. nitrogen, are purged are closed. After filling, r, of the inlet lock with nitrogen opens the door P \ and the working cylinder 2 V and Vj suppress the sintering boats in the inlet lock as the door P \ is closed again. The nitrogen contained therein is evacuated from the inlet lock B , and the lock - »o is then filled with the gas used for sintering, e.g. B. hydrogen, filled Then the door P 2 is opened, and the working cylinder Vt, pushes the sintering boat into the connecting piece 3, the working cylinder V 5 is in its retracted position. Then becomes 4-. the door P7 is closed, and the working cylinder V 5 pushes the sine boat in the direction of the furnace.
Wenn das Sinterschiffchen in das Anschlußstück 6 gelangt, setzt in der Höhe des Arbeitszylinders V6 ein nicht gezeigter Endschalter den Arbeitszylinder V5 still *> und läßt ihn zurücklaufen Der Arbeitszylinder V6 verschiebt das Sinterschiffchen in die mit Wasserstoff gefüllte Awslsßschleuse C, deren TQr P3 zu diesem Zeitpunkt offen ist When the sintering boat gets into the connection piece 6, a limit switch (not shown) at the level of the working cylinder V 6 stops the working cylinder V 5 *> and lets it run back The working cylinder V 6 moves the sintering boat into the hydrogen-filled Awslsßschleuse C, whose TQr P 3 is open at this point
Nach dem Schließen der Tür Pj wird die Auslaßschleuse C mit Stickstoff gespült und nach Beendigung des Spülens die Tür fy geöffnet, Der Arbeitszylinder V7 drückt das Sinterschiffchen auf das Förderband D, das eingeschaltet wird. Dann wird die Tür ΡΛ wieder geschlossen, die Auslaßschleuse C mit Wasserstoff gespült und die Tür P3 wieder geöffnet Gleichzeitig wird das Sinterschiffchen bis zur Abladestelle 13 transportiert, wo der Detektor D\ das Anhalten des Förderbandes und den Vorschub des Arbeitszylinders Ve steuert, der die Schiffchen-Einsätze 9 aus dem Sinterschiffcheti herausschiebt Der Arbeitszylinder Vg kehrt dann in seine Ruhestellung zurück. Das Förderband wird wieder eingeschaltet Wenn Schiffchen-Einsätze 9 vor den Detektor D2 gelangen, unterbricht er den Lauf des Förderbandes auf der Höhe der Ladestelle 11. Der Arbeitszylinder Vi schiebt dann die Schiffchen-Einsätze 9 auf die Sinterschiffchen 14 und kehrt wieder in seine Ruhestellung zurück, während rfas Förderband das Sinterschiffchen 14 dem Ofen zuführt Das Sinter«.chiffchen wird bei der Ladestelle nur dann angehalten, wenn die Anwesenheit von Schiffchen-Einsätzen 9 festgestellt wurde.After the door Pj has been closed , the outlet lock C is flushed with nitrogen and, when the flushing is complete, the door fy is opened. The working cylinder V 7 presses the sintering boat onto the conveyor belt D, which is switched on. Then the door Ρ Λ is closed again, the outlet lock C flushed with hydrogen and the door P3 again opened simultaneously is transported sintering boats up to the unloading point 13, where the detector D \ controls the working cylinder Ve stopping the conveyor belt and the feed rate of the Pushes shuttle inserts 9 out of the sintered ship. The working cylinder Vg then returns to its rest position. The conveyor belt is switched on again. When the shuttle inserts 9 reach the detector D 2 , it interrupts the run of the conveyor belt at the level of the loading point 11. The working cylinder Vi then pushes the shuttle inserts 9 onto the sintering boat 14 and returns to its rest position back while the conveyor belt feeds the sintering boat 14 to the furnace. The sintering boat is only stopped at the loading point if the presence of boat inserts 9 has been detected.
Jeder Detektor ist wahlweise ein induktiver Fühler, ein kapazitiver Fühler, eine photoelektrische Zelle oder eine mechanische Zelle.Each detector is optionally an inductive sensor, a capacitive sensor, a photoelectric cell or a mechanical cell.
Die Arbeitsweise des induktiven Fühlers beruht auf einer Veränderung der Impedanz, die eine Veränderung des elektrischen Stroms zur Folge hat die anschließend auf ein Detektorsystem mit Schwellenwert einwirkt, das Kontrollampen, Alarmeinrichtungen oder ähnliches steuern kann. Die Arbeitsweise eines kapazitiven Fühlers beruht auf einer Veränderung der KapazitätThe way the inductive sensor works is based on a change in impedance, which is a change of the electric current which then acts on a detection system with a threshold value, the Control lights, alarm devices or the like. How a capacitive one works Sensor is based on a change in capacity
Die Kontrolleinrichtungen, welche die Detektoren bilden, sind von besonderer Bedeutung bei der Inbetriebnahme der Anlage und auch bei Beendigung oder Unterbrechung des Sinterbetriebs.The control devices that form the detectors are of particular importance in the Commissioning of the system and also when the sintering operation is terminated or interrupted.
Es sei besonders darauf hingewiesen, daß infolge der beschriebenen Einrichtungen die Schiffchen, weiche die Tabletten enthalten, sich in einem geschlossenen Kreislauf bewegen und sich stets in der gewählten kontrollierten Atmosphäre befinden. Die Schiffchen werden automatisch im Kreis geführt, sie bilden im Inneren des Ofens A eine durchgehende Reihe, die sich schrittweise vom Arbeitszylinder V5 gedrückt weiter verschiebt, während zu einem gegebenen Zeitpunkt das Transportband D höchstens ein Sinlerschiffchen enthält, das sich auf dem Wege von der Auslaßschleuse C zur Einlaßschleuse B befindet.It should be particularly pointed out that as a result of the devices described, the boats containing the tablets move in a closed circuit and are always in the selected controlled atmosphere. The shuttle will be guided in a circle form in the interior of the furnace A is a continuous row which gradually from the working cylinder V 5 is pressed further moves, while at a given moment the conveyor belt D contains at most a Sinlerschiffchen, dedicated to on the way from Outlet lock C to inlet lock B is located.
Hierzu 1 Blatt Zeichnua^enFor this 1 sheet of drawings
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