Оптимизация технологии топливных таблеток из диоксида урана для обеспечения стабильности их качества в условиях массового производства

• Автор: Бочаров, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1 Обзор литературы

1.1 Обзор технологий изготовления топливных таблеток

1.1.1 Характеристика диоксида урана

1.1.2 Отечественные технологии топливных таблеток из диоксида урана

1.1.3 Зарубежные технологии топливных таблеток

1.2 Свойства таблеток и их зависимость от свойств исходного порошка диоксида урана.

1.2.1 Прочность таблеток

1.2.2 Влияние свойств исходного порошка диоксида урана на качество топливных таблеток

1.3 Технологические виды брака.

4 1.3.1 Виды брака прессовок
1.3.2 Виды брака спеченных таблеток
2 Исследование технологических операций, определяющих качество таблеток.
2.1 Приготовление пресспорошка.
2.1Л Смешивание компонентов .
2.1.2 Смешивание и использование порошков, различных по гранулометрическому составу
2.2 Прессование таблеток.
2.2.1 Механическая прочность таблеток
2.2.2 Влияние фаски на кромках на характеристики таблеток.
2.2.3 Напряженнодеформируемое состояние таблетки при прессовании
2.2.4 Пути решения проблемы скалывания таблеток в процессе изготовления
2.3 Спекание топливных таблеток
2.3.1 Математическая модель спекания топливных таблеток
2.3.2 Оптимизация режимов спекания
3 Обсуждение результатов.
Заключение.
Список использованных источников


Приготовление пресспорошка Операция приготовления пресспорошка требуется для повышения его текучести и насыпной плотности, добавления к порошку иОг жидкого пластфикатора, служащего смазкой связкой при прессовании. Операция 1. Смешивание компонентов На этой стадии происходит смешивание исходного порошка диоксида урана с порообразователем, закисью-окисью урана и, иногда, технологическими оборотами. Порообразователь требуется для получения требуемой плотности спеченной таблетки. Добавка технологических оборотов служит для повышения технологических показателей и снижения количества отходов, образующихся на операциях приготовления прссспоршка и прессования таблеток, а также несколько улучшает равномерность плотности по высоте спрессованной таблетки. О» в иОг [, ]. Рисунок 1. Закись-окись урана в производстве получают сжиганием спеченного брака при 0 - 0°С. Заметное окисление таблетированного диоксида урана на воздухе начинается лишь при 0°С. Скорость окисления увеличивается с повышением температуры, достигая максимума при 0°С. За счет перестройки кристаллической решетки и образования в качестве конечного продукта закиси-окиси урана, плотность которой существенно ниже исходной плотности диоксида урана, происходит измельчение таблетки до тонкого порошка. Выше температуры 0°С наблюдается снижение скорости окисления, сначала незначительное, а выше 0°С достаточно заметное. Такое замедление скорости окисления по мере увеличения температуры процесса объясняется увеличением толщины слоя образующегося продукта реакции, через который осуществляется диффузия кислорода к поверхности непрорерагировавшего диоксида урана. Механизм защитного действия образующегося слоя закиси-окиси при повышенных температурах объясняется увеличением пластичности продукта реакции и снятием напряжений в окисной пленки за счет ее деформации [,]. Операция 2. Смешивание с пластибикатором На этой стадии подготовленный диоксид урана с добавками смешивают в смесителе активаторного типа с пластификатором, который представляет собой раствор поливинилового спирта и глицерина в дистиллированной воде. Пластификатор необходим для: 1) «склеивания» частиц пресспорошка при прессовании и образовании прочной прессовки, 2) уменьшения сил трения между частицами пресспорошка (для увеличения текучести) и 3) смазки границы раздела порошок - формующая поверхность матрицы пресс-формы при прессовании. Количество добавляемого пластификатора сильно влияет на механическую прочность спрессованных таблеток: при уменьшении его количества, менее 6% массовых, механическая прочность таблеток на изгиб резко падает [6]. Избыток связки уменьшает относительную ¦ плотность прессовок. Операция 3. Уплотнение смеси Применяются три вида уплотнения. Валковое. Заключается в пропускании смеси с предыдущей операции через несколько пар валков. Экструзия. Уплотнение проводят на прессе путем продавливания не менее двух раз порошка с операции 2 через трехочковую матрицу. Уплотнение путем прессования шашки, представляющей собой прессовку диаметром порядка мм и высотой около мм, которая впоследствии дробится на гранулы. Этот тип уплотнения считается наиболее качественным, так как прессование шашки обеспечивает более полную и стабильную проработку порошка, и является преобладающим при изготовлении таблеток разных типов. Как правило давление уплотнения составляет - 0 МПа. Операция 4. Дробление и рассев Уплотненный продукт подается сначала в режущую мельницу для предварительного измельчения, а затем на вибросито с протиром, который принудительно протирает полученные гранулы через сетку вибросита. Операция 5. Сушка и грануляция Порошок с операции 4 шнеком подается для сушки во вращающуюся трубу с внутренним оребрением. За счет наклона трубы и подачи противотоком подогретого воздуха, порошок, проходящий через нее, высушивается и дополнительно окатывается. После чего получается готовый к использованию пресспорошок. Измельченный порошок (с операции 4) может также сушиться в кассетной сушилке. Далее порошок ссыпается в контейнер и окатывается для усреднения по влаге и насыпной плотности по всему объему контейнера. Как правило требуемая насыпная плотность прссспорошка не менее 2,0 г/см3, а содержание влаги от 0,5 до 1,7%.