U₃O₈粉末制造装置的制作方法

专利名称：U₃O₈粉末制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于制造U3O8粉末的装置，尤其涉及氧化UO2烧结体等时有效排除所产生的氧化热、由此制造比表面积大的U3O8粉末的U3O8粉末制造装置。
背景技术：
用作核燃料的UO2烧结体是由UO2粉末经过成型工艺及烧结工艺制造，而该UO2 粉末是经干法工艺或者湿法工艺而制得。目前，国内供给的UO2烧结体是由干法工艺(Dry Conversion,以下称作‘DC工艺’)制备的UO2粉末来制造，该DC工艺是1999年之后引进到国内的。所述UO2烧结体的结晶粒越大越能抑制核反应堆中燃烧时产生的核裂变气体的释放，从而提高核燃料的燃烧度。技术说明书中UO2烧结体的烧结密度许可范围是94% 96. 5% TD，为了在核反应堆中安全地使用所述UO2烧结体，UO2烧结体的烧结密度应达到理论密度的95% (95% TD)的程度。因此，现有技术中，为满足技术说明书中UO2烧结体烧结密度的许可范围，而在UO2 粉末中添加2% 20% (按重量比)的U3O8粉末后混合形成U02+U308混合粉末，其U3O8粉末的单位重量体积比UO2粉末大30%左右，混合粉末经过挤出成型工艺后，在充满氢气的环境下以1650°C 1800°C的温度进行烧结并制得皿2烧结体。制造UO2烧结体时，添加比表面积大的U3O8粉末的原因不仅是因为比表面积 (Specific Surface Area)大的仏08粉末可提高UO2粉末的烧结性，进而有利于制造结晶粒大的UO2烧结体；而且还因为是可以获得密度高、气孔组织稳定的UO2烧结体。因此，现有技术中，预先对皿2烧结体制造过程中产生的不良UO2烧结体或者皿2粉末进行压粉并制得预成型小料(Slug)，再将其小料烧结成UO2烧结体，在300°C 400°C温度范围下氧化10 M小时的方法而制得比表面积大的U3O8粉末。但是，现有的U3O8粉末制造装置，设计成适合氧化极少量(不足以让烧结体在现有的材料箱内积层的量)充分满足试验条件的UO2烧结体，而不具备可分散氧化热的额外结构。因此，氧化少量UO2烧结体的情况下，现有的U3O8粉末制造装置基本上不受到所生成的热量的影响。但，批量生产时，投入的UO2烧结体超过IOkg的情况下，其氧化产生的热量将 UO2烧结体的周围温度加热到400°C以上。因此，在氧化大量UO2烧结体时，随着氧化的进行，现有的U3O8粉末制造装置产生高温热量，此高温热量将对周围的粉末及烧结体造成影响，使氧化温度上升到预控制的温度以上(大约400°C以上)，出现制造出的U3O8粉末比表面积减小的问题。

发明内容
(一)要解决的技术问题本发明目的在于解决上述问题并提供一种制造U3O8粉末的U3O8粉末制造装置。 此装置通过有效地排出氧化UO2烧结体时产生的热量，提供比表面积(Specific SurfaceArea)适合制造结晶粒大的TO2烧结体的U3O8粉末。(二)技术方案为解决上述问题，本发明所提供的用于制造U3O8粉末的U3O8粉末制造装置包括 氧化炉主体，其内部形成氧化空间部；材料箱，其在装载有待氧化的UO2烧结体的状态下，投入到所述氧化空间部；冲击发生单元，其对所述材料箱施加冲击，分散氧化炉主体内部中所述UO2烧结体氧化时产生的热量；及控制单元，其控制氧化过程。(三)有益效果具备上述结构的本发明，材料箱投入到氧化炉主体内的氧化空间部，在氧化装载于材料箱上的UO2烧结体的过程中，冲击发生单元振动材料箱，有效均勻地分散UO2烧结体氧化时产生的氧化热量，防止被氧化的UO2烧结体的周围温度超过所需温度，与现有技术中的U3O8粉末制造装置相比，可制造比表面积大的U3O8粉末。此外，本发明增大了制造UO2烧结体时添加(按重量比2% 20%)的U3O8粉末的比表面积，达到显著提高UO2烧结体品质特性的效果，如增大所制造的UO2烧结体的结晶粒大小、稳定气孔组织等。


图1为本发明所涉及的U3O8粉末制造装置的立体图。图2为本发明所涉及的U3O8粉末制造装置的侧视图。图3为本发明的使用在U3O8粉末制造装置上的材料箱的分解立体图。图4为本发明的使用在U3O8粉末制造装置上的材料箱的断面图。100；氧化炉主体110；氧化空间部
111；投入口120；支撑框架
121；导向滚轴130；炉门
200；材料箱210；箱体
211；把手212；连接扣
220；第一滤网230；第二滤网
300；中击发生单元310；滑动气缸
320；活塞330；连接环
340；控制单元500；循环面板
具体实施例方式以下内容中，参照附图对本发明所涉及的U3O8粉末制造装置的优选实施例进行说明。如图1及图2所示，本发明的U3O8粉末制造装置主要包括氧化炉主体100、材料箱 200、冲击发生单元300及控制单元400。为维持强度以抵抗外部压力及变形，氧化炉主体100的形态大致为六面体，且由高温下不会变形的耐热性材料构成。氧化炉主体100内部形成有可投入多个材料箱200的氧化空间部110，在氧化炉主体100的正面上设有投入口 111以使多个材料箱200与氧化空间部110相连通，同时投入口 111上配有可开/关的炉门130。为了可层叠装载材料箱200，氧化空间部110上安装有支撑框架120，各层的支撑框架120上设有多个可回转的导向滚轴121并引导材料箱200的投入/排出。所述支撑框架120也可仅装载一个所述材料箱200。此外，导向滚轴121还通过冲击发生单元300提供的振动引导材料箱200容易地进行向前/向后的移动。比如，现有的氧化炉不具备滚轴，在把装有不良UO2烧结体的材料箱200装载到氧化炉时，必须利用铲车插入到氧化炉的最深处，因而作业过程存在危险。然而，本实施例中因具备导向滚轴121，只要通过铲车将材料箱200放到氧化炉前再向后方推进，材料箱200 即可通过导向滚轴121的滚动向氧化炉内侧移动，因此可以容易地装载材料箱200，降低作业的危险性。在装有待氧化的UO2烧结体或者UO2小料的状态下，将所述材料箱200投入到氧化空间部110，如图3所示，作为基底的箱体210可装载多段复层滤网220及230，所述滤网也可为一层。此时，为了防止粉末氧化，材料箱200采用不锈钢(Stainless Steel)制造。箱体210的上侧开口，其前方配备有操作者可把持的把手211，其后方配备有连接扣212可以与后述的冲击发生单元300上的连接环相连接。箱体210的上侧装载有至少一个、优选有数个多段复层滤网(Seive) 220及230， 各个滤网(Seive) 220或230包括带有网格孔Mla及网格孔对加的网眼241、242及M0。 所述网格孔Mla及对加的构成为下部滤网220上所形成的网格孔Mla小于上部滤网230 上所形成的网格孔242a，使不良UO2烧结体或者UO2烧结体氧化时产生的粉末顺次过滤后向下方掉落。通过调整所述滤网上的网格孔Mla及对加的大小，改变UO2烧结体(氧化期间UO2烧结体的大小有变化)在各个滤网中的装载量，进而改变氧化时产生的氧化热量， 使得可以调节氧化产物U3O8粉末的比表面积大小。本实施例中，所述箱体210上配备有两段滤网(Seive) 220及230，各个滤网 (Seive) 220及230的边缘上突出形成有法兰222及232，各个滤网通过该法兰222及232 可安装在箱体210上，而且第一滤网220与第二滤网230分别由不同大小的网格孔的网眼 (Mesh) 241及242形成。即，使第二滤网230的网眼242上的网格孔对加大于第一滤网220 的网眼241上的网格孔Mla，将装载在第二滤网230上的UO2烧结体氧化生成的U3O8粉末， 通过第一滤网220后，堆积在箱体210的底面上。本实施例中第一滤网220的网眼241上的网格孔Mla的大小大约为3mm，第二滤网230的网眼242上的网格孔对加的大小大约为5mm。因此UO2烧结体氧化生成的U3O8粉末，首先通过第二滤网230上的约5mm的网格孔242a，然后再通过第一滤网220上的约3mm的网格孔Mla，最后氧化粉末堆积在箱体210 的底面上。由于箱体210底面上堆积的粉末是完成氧化的粉末，因而基本不产生氧化热量。 此外，优选地，各个滤网的侧面全部打穿通气孔221及231，使UO2氧化时产生的热量通过通气孔221及231向外部释放。冲击发生单元300安装于氧化炉主体100的后侧上，如图1所示，按照控制单元 400中设定Getting)的时间间隔来运作，在UO2烧结体氧化时向材料箱200施加规定的冲击，可以均勻分散材料箱200内UO2烧结体氧化时产生的热量。本实施例中冲击发生单元300包括滑动气缸310，该滑动气缸310对材料箱200的冲击通过活塞320传达。此时，为了利用一个滑动气缸310便可对层叠于氧化空间部110中的所有复层材料箱200施加冲击，在活塞320的前方接上连接环330。所述连接环330的形状为一体式梯子形，其一端与各个材料箱200的连接扣相连，在滑动气缸310运作时可对材料箱200施加冲击。受到冲击的材料箱200在氧化空间部110内前后移动，氧化时粉末自然地向下方掉落。本实施例中上述连接环330可按设定的程序的自动运作，使得一次可氧化超过45kg的TO2烧结体。因此，UO2烧结体开始氧化时，通过滑动气缸的运作向氧化炉内的材料箱200施加冲击，且通过材料箱200内装载的多层滤网220及230最大程度上分散UO2烧结体氧化的时产生的热量，防止氧化温度超过300°C 400°C，并增加了 UO2烧结体的氧化物U3O8粉末的比表面积。该情况下，通过调节材料箱200的振动周期，也可以使UO2烧结体的周围温度达到400°C以上。由于掉落在所述箱体210底面上的大部分粉末都已经完成氧化，因此基本不产生氧化热量，不会对周边的粉末产生影响，也不会使氧化粉末的比表面积减少。此外，调整所述材料箱200的滤网220及230上的网格孔Mla及对加的大小，使掉落在箱体210底面上的U3O8粉末具有期望的比表面积，致使可以调节氧化生成物U3O8粉末的比表面积。如图1所示，控制单元(Controller)400负责本实施例氧化过程中所需的全部控制，其配备两套模拟计时器及一套模拟计数器。计时器可以设定滑动气缸的运作开启时间并可调整动作间隔，计数器可以确认气缸在氧化期间的总运作回数。另一方面，除所述构成要素，还可以配备磁性传感器，用于监视滑动气缸的动作； 及加热装置等。磁性传感器监视滑动气缸是否前后运动，如果出现气缸异常状态便停止滑动气缸的运作。加热装置(Heating Unit)为封闭式管状型，加热丝短路时可以容易地替换加热丝。 此外，如图2所示，氧化炉主体100的下侧设置有循环面板500，以可以使氧化所需的热量在氧化空间部110内部均勻地循环。现有的U3O8粉末制造装置所制造的U3O8粉末的比表面积大约为0. 50 0. 80m2/g 左右，相比之下，具备上述构造的本发明中的U3O8粉末制造装置为自动化装置，通过分散制造U3O8粉末时产生的热量，可以制得比表面积约为1.00 1.50m2/g左右的大U3O8粉末。此外，添加比表面积大的U3O8粉末，可以提高烧结性等热稳定性(Thermal Mability)，进而提高UO2烧结体的品质特性。现有的装备不存在外力而是单纯依靠热量进行氧化的装置，其无法分散UO2烧结体或者UO2小料氧化时产生的热量，因而氧化热量导致了 U3O8粉末比表面积减少。然而，本发明的U3O8粉末制造装置通过滑动气缸的运作分散UO2烧结体或者UO2小料氧化时产生的热量，因而可以防止U3O8粉末比表面积的减少。本装置可由操作者直接控制各种运行条件及附属机器，提高了使用者的方便性， 可以实现最优化的生产过程。
权利要求
1.一种U3O8粉末制造装置，其特征在于，所述装置是用于制造U3O8粉末的装置，包括氧化炉主体，其内部形成氧化空间部；材料箱，其在装载有待氧化的UO2烧结体的状态下，投入到所述氧化空间部；冲击发生单元，其对所述材料箱施加冲击，分散氧化炉主体内部中所述UO2烧结体氧化时产生的热量；及控制单元，其控制氧化过程。
2.如权利要求1所述的U3O8粉末制造装置，其特征在于，所述氧化空间部上设置有叠放至少一个材料箱的支撑框架。
3.如权利要求2所述的U3O8粉末制造装置，其特征在于，所述框架上设置有至少一个可回转的导向滚轴，引导对材料箱的投入/排出。
4.如权利要求1-3中任一项所述的U3O8粉末制造装置，其特征在于，所述材料箱的构成为，其箱体的上侧叠放至少一个滤网。
5.如权利要求4所述的U3O8粉末制造装置，其特征在于，所述各个滤网包括带有网格孔的网眼，且下部滤网所形成的网格孔小于上部滤网所形成的网格孔。
6.如权利要求1-3任一项所述的U3O8粉末制造装置，其特征在于，所述冲击发生单元中的滑动气缸与各材料箱相连并施加冲击。
7.如权利要求6所述的U3O8粉末制造装置，其特征在于，所述滑动气缸的前端还配备有可与材料箱相连的连接环。
全文摘要
本发明涉及用于制造U3O8粉末的装置，所述装置包括氧化炉主体，其内部形成氧化空间部；材料箱，其在装载有待氧化的UO2烧结体的状态下，投入到所述氧化空间部；冲击发生单元，其对所述材料箱施加冲击，分散在氧化炉主体内部中所述UO2烧结体氧化时产生的热量；及控制单元，其控制氧化过程。通过具备上述结构的本发明，在UO2烧结体氧化时通过冲击发生方式可均匀分散氧化炉主体内产生的氧化热，并制造比标准的比表面积优越并大于标准的U3O8粉末。
文档编号C01G43/01GK102398921SQ20101054799
公开日2012年4月4日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年9月9日
发明者丁东铉, 全炅洛, 吴明浩, 徐正旻, 朱南奎, 李俊鲁, 李昇宰, 李范宰, 郑斗来, 金根慜 申请人:韩电原子力燃料株式会社