Способ прессования заготовок керметных стержней

Изобретение относится к способам прессования заготовок керметных стержней тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. Заготовки, заплавленные силикатом натрия в цилиндрическом контейнере, выполненном из стали с содержанием углерода (0,1-0,35) мас.%, после образования на поверхности контейнера слоя окалины подвергаются изостатическому прессованию. Выпрессовку контейнера осуществляют после минутной выдержки контейнера в пресс-форме при снятом давлении. Технический результат - значительное уменьшение усилия выпрессовки и, как следствие, повышение ресурса работы прессового оборудования за счет уменьшения износа пресс-формы.

 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к технологии изготовления керметных стержней топливных сердечников тепловыделяющих элементов ядерных реакторов различного назначения.

2. Уровень техники

Одним из направлений в ядерной энергетике является использование твэлов, в которых тепловыделяющие сердечники набраны из керметных стержней (см., например, Федик И.И., Гаврилин С.С. и др. "Новое поколение твэлов на основе микротоплива для ВВЭР", "Атомная энергия", Москва, 2004, т.96, вып.4, с.276 -285).

В качестве заготовки при изготовлении таких керметных стержней используется циркониевая трубка, заполненная порошком ядерного топлива и закрытая с двух сторон заглушками (патент РФ №2305333 от 15.03.2006, опубл. 27.08.2007, бюл. №24). После капсулирования топлива в циркониевой оболочке производится обжатие заготовки и уплотнение в ней топлива путем изостатического прессования (см., например, патент РФ №2305334 от 15.03.2006, опубл. 27.08.2007, бюл. №24; патент РФ №2371789 от 04.05.2008, опубл. 27.10.2009, бюл. №30).

При прессовании заготовок керметных стержней может быть применен способ, заключающийся в том, что заготовки и стекло, являющееся средой для передачи давления, помещают в стальной контейнер, нагревают контейнер до заплавления заготовок, после чего контейнер охлаждают и герметизируют. После герметизации контейнера производят его повторный нагрев до температуры прессования, переносят контейнер в стальную пресс-форму, осуществляют горячее изостатическое прессование и выпрессовывают контейнер из пресс-формы (Авторское свидетельство СССР №445526 от 15.11.1972, опубл. 05.10.74, бюл. №37).

Недостатком этого способа является уменьшение ресурса работы прессового оборудования, что обусловлено необходимостью приложения значительных усилий на выталкивание контейнера из пресс-формы.

С предлагаемым способом этот способ совпадает по операциям размещения заготовок и стекла в контейнере, нагреве контейнера до заплавления заготовок стеклом, переносе контейнера в пресс-форму, изостатическом прессовании и выпрессовки контейнера из пресс-формы.

Известен также способ прессования заготовок керметных стержней, заключающийся в том, что заготовки размещают поверх стеклянных брикетов из силиката натрия в стальном контейнере, выполненном в виде цилиндрического стакана, нагревают контейнер с заготовками и брикетами до заплавления заготовок стеклом, переносят контейнер в пресс-форму пресса, прикладывают усилие прессования повышением давления рабочей среды при перемещении пуансона пресса и выпрессовывают контейнер из прессформы (патент РФ №2388081 от 04.05.2008, опубл. 27.04.2010).

Недостатком этого способа, как и предыдущего, является уменьшение ресурса работы прессового оборудования, что обусловлено необходимостью приложения значительных усилий на выталкивание контейнера из пресс-формы

С предлагаемым способом этот способ совпадает по операциям размещения заготовок в стальном цилиндрическом контейнере, выполненном в виде стакана, поверх стеклянных брикетов, нагреве контейнера до погружения заготовок в расплавленное стекло, переносе контейнера в пресс-форму, изостатическом прессовании заготовок и выпрессовки контейнера из пресс-формы.

По совокупности существенных признаков последний способ наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

3. Раскрытие изобретения

Решаемая задача - повышение ресурса работы прессового оборудования за счет уменьшения износа пресс-формы пресса.

Предлагается способ прессования заготовок керметных стержней, который решает указанную задачу, заключающийся в том, что заготовки размещают поверх стеклянных брикетов из силиката натрия в стальном контейнере, выполненном в виде цилиндрического стакана, нагревают контейнер с заготовками и брикетами до заплавления заготовок стеклом, переносят контейнер в пресс-форму пресса, прикладывают усилие прессования повышением давления стекла при перемещении пуансона пресса и выпрессовывают контейнер из пресс-формы. В предлагаемом способе согласно изобретению применяют контейнер, изготовленный из стали с содержанием углерода (0,1-0,35) мас.%, нагрев контейнера до температуры 900°С осуществляют за время (10-15) мин и за такое же время поднимают температуру до 1000°C, а после окончания прессования снимают давление со стекла и перед выпрессовкой делают минутную выдержку при снятом давлении.

При подъеме температуры контейнера с 900°С до 1000°C за указанное время на его поверхности образуется слой окалины толщиной (400-500) мкм, теплопроводность которой существенно меньше теплопроводности материала контейнера. За счет этого к моменту окончания прессования перепад температуры между пресс-формой и контейнером составляет величину около 80°C. При снятии давления прессования контейнер разгружается от давления стекла на его стенки и у стенки контейнера в течение минуты происходит отверждение стекла с ростом толщины слоя от долей миллиметра до (1,5-2) мм. В результате снижается величина теплового потока из контейнера в пресс-форму, что ведет к уменьшению температуры контейнера примерно на 40°C и, как следствие, к возникновению радиальных напряжений, сжимающих контейнер.

Таким образом, обеспечивается уменьшение усилия выпрессовки контейнера и, как следствие, повышение ресурса работы прессового оборудования за счет уменьшения износа пресс-формы пресса.

4. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

В стальной контейнер - стакан, с внутренним диаметром 46 мм, изготовленный из стали Ст.20, загружались стеклянный брикет из силиката натрия и блок из семи заготовок керметных стержней. В районе днища контейнера на его внутренней поверхности выполнялась кольцевая проточка для облегчения отделения днища при операциях выпрессовки. Стакан вместе с брикетом и заготовками нагревали в печи в течение 15 минут до 900°C. После погружения блока в стекло в течение 15 минут поднимали температуру до 1000°C, переносили контейнер в нагретую до 450°C пресс-форму пресса и подвергался прессованию при нагрузке 120 тонн и машинном времени 30 с. После окончания прессования снимали давление со стекла, делали минутную выдержку при снятом давлении и выпрессовывали контейнер из пресс-формы усилием в 10 тонн. В случае выпрессовки контейнера по способу-прототипу это усилие составляет (80-100)% от усилия прессования.

Способ прессования заготовок керметных стержней, заключающийся в том, что заготовки размещают поверх брикетов из силиката натрия в стальном контейнере, выполненном в виде цилиндрического стакана, нагревают контейнер с заготовками и брикетами до заплавления заготовок стеклом, переносят контейнер в пресс-форму пресса, прикладывают усилие прессования повышением давления стекла при перемещении пуансона пресса и выпрессовывают контейнер из пресс-формы, отличающийся тем, что контейнер изготавливают из стали с содержанием углерода (0,1-0,35) мас.%, нагрев контейнера до температуры 900°C осуществляют за время (10-15) мин и за такое же время поднимают температуру от 900°C до 1000-1050°C, а после окончания прессования снимают давление со стекла и перед выпрессовкой делают выдержку в течение 1-2 мин при снятом давлении.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологиям изготовления топливных стержней, предназначенных для снаряжения сердечников керметных тепловыделяющих элементов ядерных реакторов.
Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано в технологии производства спеченных керамических топливных таблеток с выгорающим поглотителем для ядерных реакторов.

Контейнер предназначен для размещения в нем заготовок стержней сердечников твэлов при горячем изостатическом прессовании и может быть использован при изготовлении твэлов ядерных реакторов различного назначения.

Изобретение относится к области атомной техники и может быть использовано при изготовления топливного материала для тепловыделяющих элементов (твэлов) исследовательских ядерных реакторов.

Изобретение относится к производству тепловыделяющих твэлов ядерного реактора. .

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих элементов (твэлов) для энергетических ядерных реакторов.

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано при снаряжении оболочек тепловыделяющих элементов (твэл) ядерным топливом в виде таблеток. .

Изобретение относится к устройству установки пружин в трубчатой оболочке для реализации стержневых тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. .

Изобретение относится к защитному кожуху топливной оболочки, способу изготовления топливных стержней и устройству для его осуществления. .
Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих элементов для энергетических ядерных реакторов.

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к способам изготовления газонаполненных тепловыделяющих элементов (твэлов) с топливными сердечниками из нитрида или карбонитрида урана. Способ изготовления твэла включает изготовление «трубы в сборе» путем герметичного соединения оболочки с одной из концевых заглушек и формирование топливного сердечника путем укладки в «трубу в сборе» топливных таблеток. Перед укладкой топливных таблеток «трубу в сборе» предварительно вакуумируют и заполняют тяжелым инертным газом, например аргоном, а последующую укладку таблеток осуществляют при помощи направленной под избыточным давлением струи упомянутого тяжелого инертного газа. Затем проводят повторное вакуумирование, заполнение внутреннего объема гелием и окончательную герметизацию твэла при помощи второй концевой заглушки. При заполнении «трубы в сборе» тяжелым инертным газом и при укладке топливных таблеток ее располагают вертикально, открытым концом вверх. Технический результат - удаление в процессе изготовления твэла пылевидных частичек топлива в зазоре между таблетками и оболочкой и обеспечение бесконтактного воздействия на топливные таблетки, а также улучшение состава атмосферы под оболочкой. Это в свою очередь позволяет увеличить ресурс и надежность работы твэлов. 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к изготовлению тепловыделяющих сборок ядерного реактора (ТВС), в частности к дистанционированию тепловыделяющих элементов (твэлов). Способ дистанционирования твэлов в рабочей сборке ядерного реактора включает следующие операции: проволоку различного поперечного сечения навивают в спираль виток к витку, растягивают до требуемого диаметра, отжигают, рассекают на отрезки штатной длины, а отрезки спирали размещают между смежными твэлами внешнего и внутренних рядов рабочей сборки. Технический результат - снижение гидравлического сопротивления ТВС, упрощение изготовления ТВС. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления тепловыделяющих элементов для высокотемпературных ядерных реакторов. Способ включает изготовление матрицы на основе пластин(2) из углеродных материалов, в которых выполнены посадочные места с заложенными в них микротвэлами (1) с защитными покрытиями. Согласно изобретению в качестве углеродного материала используют высокоплотный изотропный графит, пластины выполняют толщиной 2÷3 диаметра микротвэла, посадочные места в пластинах выполняют в виде углублений с округлым днищем для каждого микротвэла, диаметром, равным 1,4÷1,6 диаметра микротвэла, с шагом 2,5÷3,5 диаметра микротвэла и глубиной 1,6÷2,2 диаметра микротвэла, на микротвэлы с защитными покрытиями наносят матричную композицию (3) толщиной слоя 150÷250 мкм. Далее микротвэлы помещают до упора в выполненные углубления, каждое из которых после размещения микротвэла заполняют матричной композицией до верха пластины. Затем пластины скрепляют между собой углеродным связующим в количестве 0,02÷0,06 от массы пластин и термообрабатывают при температуре 1800-1900°C. Технический результат заключается в увеличении прочности твэла и его теплопроводности за счет снижения объема пустот в матрице твэла, а также снижении вероятности возникновения сквозных дефектов в покрытиях микротвэла и уменьшении выхода продуктов деления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство относится к изготовлению тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерного реактора. Устройство снаряжения фольгой оболочки твэла содержит валики, ложемент, штангу с цилиндром, губки и узел формирования отбортовки на фольге. Ложемент выполнен в виде уголка с промежуточной и торцевыми стенками. На одной торцевой стенке закреплена штанга с цилиндром, равным диаметру таблетки делящегося материала. Между промежуточной и другой торцевой стенками установлена подвижная каретка, передвигающаяся по полкам уголка. При этом цилиндр охватывают радиально перемещающиеся губки. Перед губками размещен узел формирования радиальной отбортовки на фольге. Устройство установлено под углом к горизонту, а каретка выполнена с весом, способным преодолевать момент свободного вращения редуктора привода. Технический результат - упрощение механизма перемещения оболочки твэла. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к атомной промышленности и гидрометаллургии и может быть использовано, например, для получения уран-графитовых тепловыделяющих элементов (твэл) или композиционных высокотемпературных материалов методом пропитки пористых материалов (графит, металлы, оксиды металлов и т.п.) растворами солей и последующей термообработки. Способ насыщения пористых заготовок оксидами металлов включает вакуумную обработку заготовок, пропитку их растворами солей металлов, сушку и термообработку. Пропитку осуществляют при температуре 5÷12°C метастабильным раствором соли соответствующего металла с уротропином, а после пропитки пористые заготовки помещают в предварительно нагретую до 80÷95°C инертную среду и выдерживают в течение 0,5÷1,0 час. В качестве инертной среды используют воздух, воду, масло. Технический результат - упрощение процесса введения оксидов металлов, в том числе оксидов урана, в пористую матрицу (заготовку) за счет исключения использования легколетучих и взрывоопасных органических жидкостей (ацетон и изопропиловый спирт), а так же сокращение продолжительности процесса и, соответственно, энергозатрат. 4 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.

Изобретение относится к изготовлению тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерного реактора. Изготовление твэла ядерного реактора осуществляют в два этапа. На первом - снаряжают заготовку оболочки твэла контактным материалом, таблетками делящегося материала, пружиной, сжатой хвостовиком, сваривают, вакуумируют, герметизируют, нагревают до температуры плавления контактного материала, охлаждают. На втором - через переходник дополняют отражателем и газосборником. В качестве контактного материала применяют: магний, натрий, свинец, медь-магний, свинец-висмут, алюминий-кремний-никель. Технический результат - повышение теплопроводности между внутренней поверхностью оболочки твэла и столбом таблеток делящегося материала. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к сборке стержневых тепловыделяющих элементов (твэлов), и может быть использовано в ядерных реакторах разного типа. Пружинный фиксатор топливного столба, располагаемый в компенсационном объеме твэла, имеет последовательно расположенные от торца топливного столба компенсирующую, буферную и фиксирующую группы витков. Фиксатор устанавливается в оболочку твэла цилиндрическим трехступенчатым штоком, имеющим длину ступени наименьшего диаметра, обеспечивающую требуемое усилие поджатия топливного столба, а общую длину ступеней с наименьшим и средним диаметрами менее длины компенсационного объема на 1,5…2,0 диаметра твэла. Перемещение штока продолжается до упора компенсирующей части фиксатора в топливный столб и сжатия ее до момента касания штоком торца топливного столба. Далее шток извлекается из твэла, а открытый торец оболочки герметизируется с помощью заглушки. Технический результат - уменьшение разброса и длины пружинного фиксатора топливного столба после установки, что обеспечивает возможность увеличения загрузки топлива в твэл, повышения его энерговыработки. 8 ил.

Изобретение относится к ядерному топливу. Ядерное топливо содержит объем ядерного топливного материала, ограниченный поверхностью. Ядерный топливный материал содержит несколько зерен, некоторые из которых имеют характеристическую длину вдоль по меньшей мере одного измерения, меньшую или равную выбранной длине. Выбранная длина подходит в некоторых из зерен для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема зерна к по меньшей мере одной границе зерна; при этом ядерный топливный материал содержит пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной границы зерна некоторых из зерна к поверхности объема ядерного топливного материала. Технический результат - повышение эффективности удаления продуктов распада из ядерного топлива. 9 н. и 250 з.п. ф-лы, 199 ил.

Изобретение относится к области ядерной энергии, в частности к производству микротвэлов. Последовательно осаждают на топливную микросферу пиролизом смеси газов в кипящем слое низкоплотный, высокоплотный, слой карбида кремния и наружный высокоплотный слои покрытий. Низкоплотный слой карбида кремния осаждают из смеси метилсилана и аргона при концентрации метилсилана 5-15 об.%, высокоплотный слой карбида кремния осаждают из смеси метилсилана и аргона при концентрации метилсилана не более 10 об.%, слой карбида кремния осаждают из смеси метилсилана и аргона при концентрации метилсилана не более 5 об.%, наружный высокоплотный слой карбида кремния осаждают из смеси метилтрихлорсилана и водорода при концентрации метилтрихлорсилана 1,2-1,5 об.%. Технический результат - упрощение способа производства микротвэлов ядерного реактора, увеличение срока службы топливных микросфер, а также расширение их области применения для реакторов на быстрых нейтронах. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение при изготовлении тепловыделяющих элементов (твэлов) для атомных реакторов. Способ герметизации твэлов включает аргонодуговую сварку оболочки с заглушкой из высокохромистой стали, снаряжение твэла топливом, приварку к другому концу оболочки второй заглушки, термообработку сварных соединений. В зоне сварного соединения формируют металл шва, состоящий из ферритной фазы, стойкой против образования трещин и не требующей последующей термообработки сварных соединений. При этом для формирования ферритной фазы выбирают отношение: объем материала ферритного класса к объему материала ферритно-мартенситного класса ≥ 0,18. Выбраны режимы сварки, позволяющие получать требуемый фазовый состав при формировании металла шва. Технический результат - необходимое качество сварных соединений, упрощение технологического процесса изготовления твэлов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способам прессования заготовок керметных стержней тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. Заготовки, заплавленные силикатом натрия в цилиндрическом контейнере, выполненном из стали с содержанием углерода мас., после образования на поверхности контейнера слоя окалины подвергаются изостатическому прессованию. Выпрессовку контейнера осуществляют после минутной выдержки контейнера в пресс-форме при снятом давлении. Технический результат - значительное уменьшение усилия выпрессовки и, как следствие, повышение ресурса работы прессового оборудования за счет уменьшения износа пресс-формы.

Наверх